二維地形對畸形波生成概率影響的數(shù)值模擬研究.pdf

1、畸形波是海洋中一種極其危險的災害性波浪，其突出于周圍其它波浪，波高很大，破壞力極強，對海上作業(yè)、船舶航行以及海洋平臺等結構帶來極大的威脅。學者們對其進行了大量研究，普遍認為波能聚焦、調制不穩(wěn)定性以及地形的影響可能是畸形波產生的原因。但由于畸形波的復雜性，出現(xiàn)概率較低并且難于觀測，目前關于畸形波的生成概率、發(fā)生機理及影響因素等仍不明確。因此，本文從地形對波浪傳播影響的角度對畸形波的生成概率進行數(shù)值模擬，探討其生成機理。
　　本文首先

2、基于高階譜方法，通過引入造波邊界和水底邊界條件，建立了能夠模擬波浪在不規(guī)則地形上傳播的完全非線性數(shù)值計算模型。然后，對典型的二維波浪Bragg反射、波浪在潛堤上傳播以及海底地形運動引起的海嘯三種工況進行了數(shù)值模擬，數(shù)值計算結果表明該模型能夠很好地模擬波浪的產生、傳播以及與不規(guī)則地形的作用，驗證了所建立的數(shù)值計算模型模擬波浪在不規(guī)則地形上傳播的有效性。同時，通過該模型對海底地形運動引起的海嘯進行了模擬計算，分析地形突起的速度和寬度等因素對

3、海嘯傳播過程中的波面最大幅值的影響。分析結果表明：當海底地形突起的寬度一定時，隨著特征時間增加，即海底地形上升速度的減緩，傳播一段時間后穩(wěn)定波面的最大幅值減小；而當海底地形運動的特征時間一定時，隨著海底地形寬度的增加，穩(wěn)定波面的最大幅值增加，但海底地形寬度增加到一定值時，穩(wěn)定波面的最大幅值卻保持常數(shù)不變。
　　最后，本文通過高階譜模型數(shù)值研究了二維Bragg地形對畸形波生成概率的影響。首先驗算Bragg地形前規(guī)則波反射系數(shù)的變化，

4、并與不規(guī)則波反射系數(shù)進行對比；然后分析在有地形條件下沿程均方根波高和頻譜的變化，研究Bragg地形的陡度、波數(shù)和長度對沿程均方根波高和頻譜的影響；最后，在不同的Bragg地形陡度、波數(shù)和長度的影響下，探討不規(guī)則波列中畸形波的生成概率。研究結果表明：（1）地形參數(shù)對波浪反射有很大的影響，地形陡度越大、波浪波數(shù)k與地形波數(shù)kb越接近2k/kb=1的關系、地形長度越大，地形對波浪反射越明顯。在地形前區(qū)域波浪均方根波高增大，在地形后區(qū)域波高減小