深水畸形波的數(shù)值模擬研究.pdf

1、畸形波是一種危害巨大的海洋災(zāi)害，但有關(guān)的研究還處于起步階段，其發(fā)生機(jī)理和發(fā)生概率還不明確。目前國內(nèi)外研究畸形波的數(shù)值模型多建立在線性疊加方法或三階非線性薛定諤方程基礎(chǔ)之上，而畸形波的特性決定了組成波之間的非線性相互作用對(duì)其生成至關(guān)重要，因而需要考慮更高階的非線性來加以模擬。本文的主要目的是建立一個(gè)深水四階非線性波浪數(shù)值模型來有效地模擬畸形波的生成，研究其內(nèi)部可能機(jī)理，并對(duì)其相關(guān)影響因素進(jìn)行分析。 為了克服三階非線性薛定諤方程和線

2、性疊加方法建立數(shù)值模型時(shí)考慮非線性作用的不足，本文以考慮平均流效應(yīng)的四階修正非線性薛定諤方程為基礎(chǔ)，建立移動(dòng)坐標(biāo)系統(tǒng)下的深水非線性波列演化的數(shù)值模型，模型采用離散步長的偽譜方法來求解，并且通過模擬周期波群和包絡(luò)孤立波的傳播來予以驗(yàn)證。 緩慢調(diào)制的周期波列在演化過程中存在邊帶不穩(wěn)定性(即Beniamin-Feir不穩(wěn)定性)，該不穩(wěn)定性可引起波列振幅在局部以指數(shù)增長。本文以該特性為基礎(chǔ)，模擬了邊帶擾動(dòng)和JONASWAP譜描述的隨機(jī)波

3、條件下波列的演化和畸形波的生成，并將數(shù)值結(jié)果與相應(yīng)的物理模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較驗(yàn)證。研究表明，本文所建立的數(shù)值模型能夠有效地模擬深水波列的演化和畸形波的生成。 目前關(guān)于深水畸形波的數(shù)值研究主要圍繞著如何生成畸形波的外形來進(jìn)行，而其生成的內(nèi)部能量機(jī)理和影響因素的系統(tǒng)分析還十分少見，因此本文在模擬深水畸形波生成的基礎(chǔ)上，根據(jù)其生成前后能量譜的變化，探討了畸形波生成的可能機(jī)理，通過本文數(shù)值模型結(jié)果與相應(yīng)的線性薛定諤方程及三階非線性薛定諤

4、方程模型結(jié)果的對(duì)比，研究了非線性對(duì)于畸形波生成的重要影響作用，通過改變尺度因子、邊帶擾動(dòng)條件下的初始邊帶擾動(dòng)數(shù)目、波陡和隨機(jī)波條件下的譜峰升高因子、譜能量尺度參量、隨機(jī)初相位等參數(shù)來研究各因素對(duì)畸形波生成的影響作用。結(jié)果表明，三階和四階非線性對(duì)于畸形波的生成起到十分關(guān)鍵的作用，隨著邊帶擾動(dòng)對(duì)數(shù)、不穩(wěn)定邊帶的數(shù)目、波陡、譜的峰高因子和能量尺度參量等參數(shù)的增加，畸形波生成的概率有所增加，另外，隨機(jī)波條件下的初始相位分布對(duì)于畸形波的生成也有著