波浪类毕业论文开题报告,与Boussinesq方程在工程建成后波浪增水近岸流变化中的应用相关论文范文集

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摘 要：本文从完全非线性的Boussinesq方程出发,首先,对Kirby等（1998）建立的基于高阶非线性Boussinesq方程的数学模型进行测试验证,验证结果表明由Boussinesq方程建立的非线性波模型具有较高的精度,可有效模拟近岸波浪变形及破碎过程.然后将该模型应用于实际工程,模拟工程前后的波浪变化过程,模型很好的反应了波浪传播过程中的反射、折射、绕射、破碎、波生流以及增减水现象,最后,对工程前后模型结果进行对比分析,反应出实际工程导致增水和沿岸流的显著变化.而目前工程设计中设计水位没有考虑工程建成后设计水位的变化,这会对海工建筑物及保护区造成致命性的破坏.因此工程设计水位需考虑工程建成后设计水位的变化.

关 键 词 ：Boussinesq 方程；破碎波；增水；爬高；折射

Abstract: This article begins with the fully nonlinear Boussinesq equations. Firstly, several example calculations are used to validate the nonlinear wave model which is based on the higher order nonlinear Boussinesq equations. Comparisons show that numerical results agree with experimental data with a higher accuracy. So it indicated that the nonlinear model can effectively simulate the Coastal wave propagation. Secondly, the model is applied to a coastal engineering and simulates the different wave propagation in the process of reflection, refraction, diffraction, breaking and the set-up before and after the establishment of project. Finally, the results are pared and analyzed. The study shows that the coastal engineering makes the water level and current change significantly. However the changes of the design water level which will cause fatal damage to the coastal engineering and the conservation areas after the pletion of the coastal engineering is not considered in the current design standards. So it is important to consider the influence of the coastal engineering on the water level.

Key words: Boussinesq equations, Breaking wave, Setup, Run-up, Refraction

基于Boussinesq 方程建立的非线性波模型,可用于模拟近岸各种波浪传播现象,包括浅水变形、全部或部分反射、绕射、折射、底部摩擦、非线性波-波相互作用、波浪破碎与耗散,越浪和爬高、波流相互作用以及波浪引起的潮流现象. 自20世纪80年代以来,Boussinesq方程的研究取得了极大的进展,Boussinesq类波浪模型的应用也日益广泛.很多学者提出各种各样的改进型Boussinesq方程,主要体现在改变方程的频散性和非线性以及考虑复杂地形作用、波浪破碎、水流的影响等方面.目前Boussinesq方程在相对水深达1.0强色散波浪时仍保持较高的准确性,并且方程的非线性和线性变浅率都得到了不同程度的改善.

尽管改进型Boussinesq方程扩大了方程的适用范围,得到了越来越广泛的应用,但仍存在一些亟待改进的问题：① Boussinesq模型目前仅适用于一个波长范围内的水深,这对实际工程应用有一定局限性,在色散性上需进一步探索.② 考虑到其适用范围的局限性,需要与SWAN、STWAVE、Mike21等近海风浪模型建立耦合模型,发挥各模型的优势,使其能更好地模拟近海大范围的波浪演变过程.

在工程应用方面,Abbott等[1]首先Boussinesq模型应用于较大区域进行数值计算并研究了港口内不规则波的波浪运动.Yoon[2]研究了波流相互作用；Schaffer等[3]研究了规则波的破碎,还研究了不规则波的近岸环流现象；Rakha和Kampuis 利用Boussinesq模型研究了海岸演变；Fuhrman等研究了深水强非线性短峰波.Boussinesq模型与RANS方程耦合求解,可以处理复杂的波浪与结构物相互作用的问题.

Boussinesq模型广泛应用于近海工程的设计研究中,但是研究近海工程对各种设计波要素、水位、水流的变化还是比较少.徐芳,杨胜发等人研究码头工程对山区河道水位的影响,得出了计算码头工程相对最大水位雍高值关系式,为山区河道码头工程建设管理和设计提供参考.郁微微等人研究深水航道工程对长江口流场的影响,表明工程对长江口水位的影响较小而对流速的影响较大.随着水运建设的蓬勃发展,港口码头的建设也日益增长,码头、防波堤、深水航道等建筑物改变水深条件,必将导致水位和水流特性变化.不同的码头防波堤布置类型和布置形式直接影响工程海域的水位和水流特性,是港口码头工程能否修建的重要前提,对其进行研究具有重要的理论和实际意义.目前国内外在工程设计水位时没有考虑工程建成后设计水位的变化,这会对建筑物及保护区造成致命性的破坏.考虑海工建筑物对设计水位的影响,对指导近海工程项目的建设有着实际需要.

本文将完全非线性的Boussinesq模型结合工程实际,模拟工程前后水位和水流的变化情况,并对海工建筑物的设计提出建议.

1.理论模式

本文采用Nwogu(1996)[4]格式的完全非线性Boussinesq 方程.该方程既适用于过渡水深,又可用于波浪的强非线性相互作用.方程表达式如下：（1）

是时间的函数 .体积通量密度 表达式如下：

在求解完全非线性Boussinesq方程时,为了消除比非线性和色散项更高阶的误差,在时间步上采用Adams-Bashforth-