国家自然科学基金(51009018)
- 作品数：16 被引量：74H指数：6
- 相关作者：房克照刘忠波邹志利孙昭晨孙家文更多>>
- 相关机构：大连理工大学大连海事大学长沙理工大学更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室开放基金海岸和近海工程国家重点实验室开放基金更多>>
- 相关领域：理学天文地球水利工程环境科学与工程更多>>
- 应用二阶完全非线性Boussinesq方程模拟破碎波浪被引量：6
- 2012年
- 建立了基于高阶Boussinesq水波方程的一维波浪破碎数值模型。基于一组具有二阶完全非线性特征的Bouss-inesq水波方程,建立了交错网格下的高精度差分格式,推导了适用于该组方程的永形波解析解,其和松弛造波技术相结合实现了数值波浪水槽中(强)非线性波浪的无反射入射。通过模拟封闭容器内水体晃动问题对数值格式进行了验证,通过模拟孤立波在斜坡海岸上的浅化过程说明了将方程从弱非线性发展到完全非线性的必要性。采用涡粘方法处理波浪破碎,利用物理模型实验数据,分析了模型中各波浪破碎参数对数值结果的影响并对参数进行了率定。应用该模型对规则波在斜坡海岸上的传播、变浅以及破碎过程进行了数值模拟研究,数值结果同实验数据吻合良好,验证了模型的有效性。
- 房克照邹志利
- 关键词：非线性波浪破碎有限差分法交错网格
- 基于四阶完全非线性Boussinesq水波方程二维波浪传播数值模型被引量：1
- 2011年
- 建立基于四阶完全非线性Boussinesq水波方程的二维波浪传播数值模型。采用Kennedy等提出的涡粘方法模拟波浪破碎。在矩形网格上对控制方程进行离散,采用高精度的数值格式对离散方程进行数值求解。对规则波在具有三维特征地形上的传播过程进行了数值模拟,通过数值模拟结果与实验结果的对比,对所建立的波浪传播模型进行了验证。同时,为了考察非线性对波浪传播的影响,给出和上述模型具有同阶色散性、变浅作用性能但仅具有二阶完全非线性特征的波浪模型的数值结果。通过对比两个模型的数值结果以及实验数据,讨论非线性在波浪传播过程中的作用。研究结果表明,所建立的Boussinesq水波方程在深水范围内不但具有较精确的色散性和变浅作用性能,而且具有四阶完全非线性特征,适合模拟波浪在近岸水域的非线性运动。
- 房克照邹志利
- 关键词：波浪破碎
- 波浪在渗透海床上传播的数学模型被引量：8
- 2011年
- 为了研究渗透海床上的波浪传播变形规律,在Hsiao等给出以水深平均积分速度表达的Boussinesq方程的基础上,利用连续方程变换重新改写了此方程,并通过在自由水体动量方程和渗透介质这两个动量方程中分别引入改善色散关系项,推导出了一组适用于渗透海床的高阶Boussinesq水波方程。通过新方程、原方程色散关系对应的解与解析解比较,在选择合理的参数值情况下,新方程与解析解吻合程度更好,这说明这种改进是有效的。该方程可用于实际卵石海床上的波浪传播变形模拟中。
- 刘忠波孙昭晨
- 关键词：BOUSSINESQ方程
- 新型波浪方程中类Sommeerfeld积分项的计算方法
- 2011年
- 给出的具有精确色散性的非线性波浪方程,方程中含有类Sommeerfeld积分项。积分项的数值计算是建立基于这一组方程的波浪模型的关键之处。针对这一积分特点,采用分段解析计算方法对这一积分项进行数值求解。数值结果和解析结果进行对比且两者吻合良好,表明这一计算方法是有效的,可用于建立基于上述方程的新型波浪模型。
- 金红邹志利房克照
- 关键词：解析解
- 论一类四阶Boussinesq方程的变浅性能被引量：2
- 2014年
- Boussinesq类水波模型在港口、海岸以及海洋工程领域应用广泛,但以前对这类模型的变浅性能的研究不够充分.针对Madsen和Sch¨affer提出的一组四阶Boussinesq方程,从理论和数值两个方面对这一问题进行了探讨.理论分析了其变浅性能,指出该文献中参数α2和β2的取值是不合理的,并重新确定其取值.在交错网格下建立了基于混合4阶Adams–Bashforth–Moulton格式的预报--校正数值模型.数值模拟了两个典型算例:一是缓变平坡地形上波浪的传播变形,二是波浪在淹没梯形潜堤上的波浪演化过程.计算结果分别与解析结果、物理模型实验结果进行了比较,发现变浅系数的取值对数值结果影响很大,新参数比原文参数模拟结果的吻合程度更高,这佐证了理论分析.
- 刘忠波房克照孙昭晨
- 关键词：波浪潜堤BOUSSINESQ方程
- 不同时空格式在求解污染物对流扩散方程中的应用被引量：2
- 2012年
- 为了研究污染物对流扩散方程中不同时空格式的适用性,针对对流扩散方程的一维﹑二维和三维3种情况,分别建立了预报-校正的有限差分数值模型。在时间步进格式上分别采用了Crank-Nicolson格式或混合4阶Adams-Bashforth-Moulton格式,对对流项分别采用2阶精度或4阶精度,对扩散项采用了2阶精度。利用建立的数值模型求解了经典的污染物浓度场对流扩散,通过数值解与解析解的比较讨论了不同时空格式对数值模型计算结果的影响。结果表明:对空间一次导数采用4阶精度可以避免采用2阶精度带来的误差。采用混合4阶Adams-Bashforth-Moulton格式或Crank-Nicolson格式数值计算结果均与解析解吻合程度较好,但对于数组为[40,40,40]的三维对流扩散问题,前者比后者省时20.7%。
- 刘忠波房克照孙昭晨
- 关键词：对流扩散方程CRANK-NICOLSON格式
- Boussinesq水波方程新型数值解法被引量：3
- 2014年
- 为建立高效的Boussinesq类水波数值模型,提出了一种新型的、基于有限差分和有限体积方法的混合数值格式。针对守恒形式的一维控制方程,在等间距矩形控制体内对其进行积分并离散,采用有限体积方法计算界面数值通量,剩余源项采用有限差分方法计算。其中,采用MUSTA格式并结合高精度状态插值方法计算控制体界面数值通量。时间积分则采用具有TVD性质的三阶龙格-库塔多步积分法进行。除验证模型外,重点对MUSTA格式和广泛使用的HLL格式进行了比较。结果表明,MUSTA格式可用于Boussinesq类水波方程数值求解,综合考虑数值精度、计算效率、程序编制和实际应用这几个方面,其较HLL格式更具有优势。
- 房克照孙家文刘忠波尹晶张哲
- 波生沿岸流数值模拟被引量：10
- 2013年
- 为了更好地研究近岸海域波生沿岸流,建立了基于高阶Boussinesq水波方程的波生沿岸流时域数值模型。控制方程在中等水深范围内具有较好的色散性和变浅作用性能,同时具有二阶完全非线性特征,适合描述近岸区域波浪强非线性运动。通过采用松弛造波方法实现了非线性波浪的无反射入射,采用周期性侧边界条件模拟开敞边界。通过数值试验,讨论了模型中主要参数对数值结果的影响。利用率定后的参数模拟了均匀坡度海岸上产生的沿岸流,通过和实验数据的对比验证了模型的准确性和适用性。利用模型数值模拟了不同波浪入射条件(包括周期、波高和波浪入射角度)对波生沿岸流的影响。
- 房克照刘忠波邹志利孙家文尹继伟
- 关键词：数值模拟波浪破碎沿岸流
- 适合可渗海床上波浪传播的高阶Boussinesq方程被引量：4
- 2013年
- 为在数学模型中考虑渗透性介质对波浪传播的影响,在多孔介质流体运动方程中引入拖曳阻力和惯性力,引出Laplace方程和边界条件.对控制方程无因次化,并以自由表面处速度势和交界面上的速度势进行幂级展开,推导了以静止水平面上速度、交界面上速度和波面升高3个变量表达的Boussinesq方程.给出积分平均速度或任一水深处速度与以上2个速度之间的关系式,进而推导出另外2个Boussinesq方程,并通过引入高阶色散项对方程进行加强以拓展其适用水深.对方程进行了理论分析,将相速度及衰减率与解析解进行了比较,发现四阶色散性方程具有最佳精度.不考虑渗透影响时,在2%误差下,四阶方程可适用最大无因次水深达到5.82.该高阶Boussinesq方程不仅可用于研究渗透海床上波浪的传播变形,也适用非渗透海床上的深水波浪传播变形.
- 刘忠波房克照孙昭晨
- 关键词：波浪BOUSSINESQ方程相速度衰减率
- 基于双层Boussinesq方程的聚焦波数值模型
- 2015年
- 基于高精度双层Boussinesq方程,建立了聚焦波的时域波浪数值水槽。时间积分采用混合4阶Adams-BashforthMoulton预报-校正格式,聚焦波生成则采用累加不同频率规则波的内部造波源项法。针对Baldock等的聚焦波试验进行数值计算,计算结果与试验数据吻合较好。利用验证后模型进一步考察了非线性对数值计算聚焦波的影响,其中考虑了强非线性、弱非线性以及线性3种情况,结果表明非线性对精确模拟聚焦波至关重要,强非线性模型给出的结果最好,弱非线性次之,线性最差。
- 周丰刘忠波房克照焦子峰
- 关键词：BOUSSINESQ方程非线性
