非结构化网格下大范围波浪的折绕射计算

从含流缓坡方程出发,推导出光程函数方程。采用基于非结构化网格下的有限体积法对光程函数方程和波作用守恒方程进行数值离散和联合求解,从而构建了一个考虑绕射的计算近岸大范围波浪传播过程的数值模型。模型的空间步长不再受制于波长的限制,同时非结构化网格可以很好地拟合复杂岸线变形。模型分别通过了施奈尔定律、直立防波堤后的波浪绕射和圆形浅滩上的波浪变形验证,结果表明,该数值模式能有效模拟复杂边界条件和大范围水域下近岸波浪的传播过程中的折射和绕射等变形。     

随机波浪作用下近岸波流场的数值模拟

结合近岸波浪抛物型缓坡模型和近岸波流场模型,对近岸不规则波浪及其破碎后所产生的流场进行了数值模拟. 在不规则波浪场的模拟中,采用JONSWAP波浪谱对入射单向不规则波浪要素按等分频率法进行离散,应用考虑波浪不规则性和破碎效应的抛物型缓坡方程对波浪场进行数值模拟,并基于抛物型缓坡方程中的波浪势函数等参数计算波浪辐射应力,以波浪辐射应力为主要动力因素基于近岸流数学模型对近岸波浪破碎所产生的近岸流场进行数值模拟,并对数值模拟结果进行了验证. 模拟结果表明该模型可有效地用于研究波浪破碎产生的近岸波流场.      

高能炸药散心爆轰波绕射传播的数值模拟

从曲面爆轰波的Hugoniot 关系式出发,应用燃烧模型模拟散心爆轰波的传播,分析了空间步长不是足够小时,不能同时准确给出爆轰波走时及波阵面物理量的原因。对球壳装药散心爆轰波的长程绕射作了二维计算,应用燃烧模型并细分空间网格。除起爆点附近,计算的爆轰波走时与实验相差均在0 .2s 以内;稳定传播的爆轰波波阵面压力计算值接近pJ。可见,应用燃烧模型模拟散心爆轰波的传播,化学反应区内的空间步长需足够小。最后对Program 燃烧模型不能很好地模拟多维效应作了分析。     

波浪破碎的一种混合湍流模拟模式

近岸波浪的变形与破碎,一方面影响水体与泥沙运输,另一方面对消波护岸具有指导意义.本文提出一种三维混合湍流模拟模式方法,将求解区域分为造波区、波浪传播区和消波区.造波区采用层流模式,通过基于Fluent的二次开发的UDF方法在边界进行速度造波.这种方法在给定入口速度的条件下,根据已知波高进行精准插值,从而控制水的体积分数.在波浪传播区域,采用大涡模拟进行模拟研究,在消波区,采用RANS模型并利用多孔介质消波法进行消波.模型通过VOF方法捕捉波浪破碎过程中的自由面变化.本文对波高为5.5 cm的规则波(M1)、波高为13.5cm的规则波(M3)、有效波高为7.75cm的TMA谱单向不规则波(U1)和有效波高为19cm的TMA谱多向不规则波(B5)展开了模拟研究,并与前人的相关实验结果作比较,各条件下模拟结果与实验结果吻合.模拟结果说明本文提出的模型能够准确模拟出波浪传播过程中的折射和绕射现象,并且能够捕捉的波浪破碎过程中的自由面变化,为三维波浪的传播与破碎的数值模拟提供一种模拟方法.     

非均匀水流水域波浪的传播变形

将两个不同的、考虑波流相互作用和能量耗散项的、依赖时间变化的双曲型缓坡方程分别化 为一组等价的控制方程组，具体分析了底摩阻项对相对频率和波数矢的影响，从而选择了合 适的数学模型. 将所选择的缓坡方程化为依赖时间变化的抛物型方程，并用ADI法进 行数值求解，建立了缓变水深水域非均匀水流中波浪传播的数值模拟模型. 通过和波流共线 的解析解的比较，说明数值解和解析解相一致. 结合Arthur(1950)水流这一经典算例，定 量地讨论了考虑联合折射-绕射作用后的波数和仅考虑折射作用的波数的差别及其对波高分 布的影响. 在基本同样的条件下, 本文的数值解与他人的计算结果一致.     

波浪破碎的一种混合湍流模拟模式

近岸波浪的变形与破碎,一方面影响水体标识码运输,另一方面对消波护岸具有指导意义.本文提出一种三维混合湍流模拟模式方法,将求解区域分为造波区、波浪传播区和消波区. 造波区采用层流模式,通过基于 Fluent 的二次开发的 UDF 方法在边界进行速度造波.这种方法在给定入口速度的条件标识码据已知波高进行 精准插值,从而控制水的体积分数. 在波浪传播区域,采用大涡标识码行模拟研究,在消波区,采用 RANS 模型并利用多孔介质消波法进行消波. 模标识码 VOF 方法捕捉波浪破碎过程中的自由面变化.本文对波高为 5.5cm 的规则波 (M1)、波高为 13.5cm 的 规则波 (M3)、有效标识码 7.75cm 的 TMA 谱单向不规则波 (U1) 和有效波高为 19cm 的 TMA 谱多向不规则波 (B5) 展开标识码研究,并与前人的相关标识码果作比较,各条件下模拟结果与实验结果吻合.模拟结果说明本文提出的模型能够准确模拟出波浪传播过程中的折射和标识码象,并且能够捕捉的波浪破碎过程中的自由面变化,为三维波浪的传播与破碎的数值模拟提供一种模拟方法.      

三维缓变流场上波浪折射—绕射的缓坡方程

运用Luke变分原理,建立了波浪在三维缓变流场中和缓变海底上折射-绕射的一般缓坡方程,据此给出了在几何-光学逼近（△↓S)^2=k^2有效时,波浪、环境流和海底坡度必须满足的若干条件,对一般缓坡方程进行了分类,在一种特定流场结构的假定下,得到了方程的行波解。     

硝基甲烷中爆轰波绕射的实验研究和数值模拟

叙述了对硝基甲烷中拐角分别为６０、９０、１２０三种情形的爆轰波绕射现象进行的实验研究。实验上观测到爆轰波绕过９０、１２０拐角时有未反应的死区，而且拐角增大时死区变大，绕射爆轰波可以近似地按爆心在拐角顶点附近变化的散心爆轰波看待。从数值模拟和理论分析得出，爆轰波绕射时硝基甲烷的化学反应不同于正常爆轰，拐角顶点附近各处反应速率不同，出现部分反应区和未反应区。     

四种炸药爆轰波绕射数值模拟研究

报导了采用二维Ｌａｇｒａｎｇｅ反应流体动力学程序ＷＳＵ数值模拟计算ＲＨＴ－９０１、ＪＯ－９１５９、ＪＢ－９００１炸药绕直角和液体硝基甲烷炸药绕６０、９０、１２０角的爆轰波绕射过程，对绕爆机理进行了分析。经与实验观测结果比较，数值模拟较准确地再现了爆轰波的绕射过程。     

波浪与外壁开孔双筒柱群的相互作用

应用速度势的特征函数展开和透空壁内两壁间压力差和流体速度成正比的线性模型，建立 了波浪与外壁开孔同轴双筒桩柱群相互作用的线性解析解. 应用这一模型进行了数值计算， 用以检验孔隙系数对双筒柱上的波浪力和波面高度的影响. 结果表明，外壁孔隙系数的增加 对减小波浪力和柱外波面高度有很大影响.     

Numerical simulation of pollutant transport acted by wave for a shallow water sea bay

A numerical model of pollutant transport acted by water waves on a shallow‐water mild‐slope beach is established in this study. The numerical model is combined with a wave propagation model, a multiple wave‐breaking model, a wave‐induced current model and a pollutant convection–dispersion model. The wave propagation model is based on the higher‐order approximation of parabolic mild‐slope equation which can be used to simulate the wave refraction, diffraction and breaking in a large area of near‐shore zone combined with the wave‐breaking model. The wave‐induced current model is established using the concept of the radiation stress and considering the effect of bottom resistance caused by waves. The numerical model is verified by laboratory experiment results of regular and irregular waves over two mild beaches with different slopes. The numerical results agree well with experimental results. The numerical model has been applied in the near‐shore zone of Bohai bay in China. It is concluded that pollutant transport parallel to the shoreline due to the action of waves, which will induce serious pollution on the beach. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

A multi‐energy‐level lattice Boltzmann model for two‐dimensional wave equation

A lattice Boltzmann model for two‐dimensional wave equation is presented. In this model, we used higher‐order moment method, multi‐scale technique and Chapman–Enskog expansion, and multi‐energy‐level to obtain wave equation and energy conservation equation. As numerical examples, the interference and diffraction of wave are simulated. The numerical results show this model can be used to simulate two‐dimensional wave propagation. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

促进其线性频散特征另一种形式的Bousinesq方程

Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程能够用于模拟表面重力波传播过程中的折射、绕射、反射以及浅化，非线性作用等现象．用不同垂直积分方法所得到的二维Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程形式具有不同的线性频散特征．采用两个不同的水深层的水平速度变量组合，推导出一个新形式的Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程．通过对其参数的设置可得到精确的线性频散解Ｐａｄｅ近似４阶精度．其适用范围已由原来的浅水，向深水拓进．相速误差小于２％，其拓展适用范围可达到０８个波长水深．应用所得到的新型Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程，采用有限差分法，对经典工况进行了数值模拟，其计算结果表明，计算值与物模实验值吻合较好．这说明本文新形式的Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程对变水深非线性效应所产生的能量频散有着较为精确的描述     

A compact numerical algorithm for solving the time‐dependent mild slope equation

The mild slope equation has been widely used to describe combined wave refraction and diffraction. In this study, a new numerical algorithm is developed to solve the time‐dependent mild slope equation in a second‐order hyperbolic form. The numerical algorithm is based on a compact and explicit finite difference method that is second‐order accurate in both time and space. The algorithm has the similar structure to the leap‐frog method but is constructed on three time levels for the second‐order time derivative term. The numerical model has the capability of simulating transient wave motion by correctly predicting the speed of wave energy propagation, which is important for the real‐time forecast of the arrival time of storm waves generated in the far field. The model is validated against analytical solution for wave shoaling and experimental data for combined wave refraction and diffraction over a submerged elliptic shoal on a slope (Coastal Eng. 1982; 6 :255). Lastly, the realistic scale Homma's island (Geophys. Mag. 1950; 21 :199) is studied with the use of various wave periods of T = 720s, T = 120 s, and T = 24 s. These wave periods correspond to long, intermediate, and short waves for the given topography, respectively. Comparisons are made between numerical results and existing analytical solutions in terms of the wave amplification around the island, which serves as the indicator for the potential wave runup. Excellent agreements are obtained. The model runs on a PC (Pentium IV 1.8GHz) and the computer capacity allows the computation of a mesh system up to 3000 × 3000, which is equivalent to about 150 × 150 waves or a large area of 540km × 540km for a wave train with the period of T = 60 s. Copyright 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

A meshless numerical wave tank for simulation of nonlinear irregular waves in shallow water

Time domain simulation of the interaction between offshore structures and irregular waves in shallow water becomes a focus due to significant increase of liquefied natural gas (LNG) terminals. To obtain the time series of irregular waves in shallow water, a numerical wave tank is developed by using the meshless method for simulation of 2D nonlinear irregular waves propagating from deep water to shallow water. Using the fundamental solution of Laplace equation as the radial basis function (RBF) and locating the source points outside the computational domain, the problem of water wave propagation is solved by collocation of boundary points. In order to improve the computation stability, both the incident wave elevation and velocity potential are applied to the wave generation. A sponge damping layer combined with the Sommerfeld radiation condition is used on the radiation boundary. The present model is applied to simulate the propagation of regular and irregular waves. The numerical results are validated by analytical solutions and experimental data and good agreements are observed. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

近岸非平整海底上耗散动力系统的广义波作用量守恒方程

为刻划近岸波-流-海底相互作用耗散动力系统的多种复杂作用机制，着眼于波浪对近岸大尺度变化环境流作用和考虑多变海底地形(可典型地刻划为由慢变水深和快变水深构成)的影响，由基于黏性流体Navie-Stokes方程的平均流方程，建立了近岸耗散动力系统的广义波作用量守恒方程，从中提出垂向速度波作用量和耗散波作用量这两种新概念，使得它们和经典的波作用量相互间达成了一种互补、协调而又主次分明的更为广泛的守恒形式．从而把波作用量这一经典概念从理想的平均流守恒系统引申到实际的平均流耗散系统(即广义守恒系统)中去，为解释沿岸过程和应用于近海、海岸工程提供了一个理论基础．     

促进其线性频散特征另一种形式的Bousinesq方程

Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程能够用于模拟表面重力波传播过程中的折射、绕射、反射以及浅化，非线性作用等现象．用不同垂直积分方法所得到的二维Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程形式具有不同的线性频散特征．采用两个不同的水深层的水平速度变量组合，推导出一个新形式的Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程．通过对其参数的设置可得到精确的线性频散解Ｐａｄｅ近似４阶精度．其适用范围已由原来的浅水，向深水拓进．相速误差小于２％，其拓展适用范围可达到０８个波长水深．应用所得到的新型Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程，采用有限差分法，对经典工况进行了数值模拟，其计算结果表明，计算值与物模实验值吻合较好．这说明本文新形式的Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程对变水深非线性效应所产生的能量频散有着较为精确的描述