风、流对极值波非线性特性影响的数值研究

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1、硕士学位论文风、流对极值波非线性特性影响的数值研究NumericalStudyontheEffectsofWindandCurrentontheNonlinearCharacteristicsofExtremeWaves作者姓名：杜军学科、专业：港口、海岸及近海工程学号：21406212指导教师：宁德志教授完成日期：2017年6月大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学硕士学位论文摘要极值波（也称畸形波、聚焦波）是一种强非线性波浪，它具有单波峰、极大波高、能量集中以及存在时间短等特点。由于其危害性极大，已经被认为是众多海洋平台结构和船舶失事

2、的重要原因之一。而风、流不仅是极值波生成的重要因素，同时会对极值波的传播等产生很大的影响。本文以势流理论为基础，应用时域高阶边界元法建立了风、浪数值模型和波、流数值模型。利用了格林第二定理建立了边界积分方程，通过二次形状函数将表面边界离散成三节点单元，采用混合欧拉—拉格朗日（Mixed-Eulerian-Lagrangiane）方法来实时追踪流体的瞬时水面，利用四阶Runge-Kutta方法来更新下一时间步的波面和速度势。采用推板式造波机做正弦运动使得不同频率的波分量叠加在特定的时间和位置从而形成极值波，在数值水槽的末端加入人工阻尼层来减少反射对数值结果的影响，在每一时间步对网格

3、进行重新的划分以避免网格运动变形引起的数值不稳定问题。本文通过运用杰弗瑞遮蔽原理（Jeffreys’shelteringmechanism）在自由水面动力边界条件中引入风压力项建立了风、浪数值模型，引入水流项建立了波、流数值模型，通过与物理实验结果的对比验证模型的准确性。重点研究了风、流对极值波的影响，包括风速、流速、入射幅值以及频谱宽度等对极值波的聚焦位置、对称性和峰值等的影响，通过运用快速傅里叶变换（FFT）的方法分析了波群传播过程的能量谱。接着研究了风、极值波与直墙的相互作用，分析了风速、幅值以及谱宽对波浪的直墙爬高、动水压力和总力等的影响，最后分析了波群中的谐波成分对总力

4、的贡献。关键词：极值波；完全非线性数值水槽；高阶边界元；波浪聚焦；杰弗瑞遮蔽原理-I-风、流对极值波非线性特性影响的数值研究NumericalStudyontheEffectsofWindandCurrentontheNonlinearCharacteristicsofExtremeWavesAbstractExtremewaves(alsocalledfreakwaves,focusedwaves,etc)areastronglynonlinearwave,whichpossessesthecharacteristicsofsinglewavecrest,exceptional

5、lylargewaveheight,energyconcentration,shortdurationandsoon.Extremewaveshavebeenconsideredasoneofthemostimportantreasonsforthewreckofmanyoffshoreplatf