第3章-近岸波浪流(2版).ppt

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1、第三章近岸波生流本章纲要第一节概述第二节近岸流控制方程第三节波浪增水和减水第四节平直岸滩的沿岸流第一节概述海岸流-破波带邻近及其外缘水深较大的海区，表现为平行于岸线的均匀流动潮流-长周期往复振荡流动，时间空间尺度较大风吹流-时间和空间不确定海流-水团密度差引起，速度和方向变化小波生近岸流-波浪作用引起的波周期时均流动近岸环流体系-向岸流(质量输移流)、沿岸流、裂流近岸区流动各种流动的特征流速（书上p69表3-1）第一节概述近岸流研究目的:预测近岸流引起的泥沙搬运、岸滩演变和污染物搬运过程。对砂质海岸岸线变化起主导作用的是破碎波引起的沿岸流和与之相关的离岸流和向岸流。近岸流的净流

2、速不大，但其输送的是由波浪振荡流搅动后的泥沙近岸泥沙输移模式第一节概述近岸流输沙波浪振荡流掀沙谁引起了近岸流？近岸流动力的来源？沿岸流的驱动力是什么？第一节概述辐射应力理论澄清了近岸流形成的力学机理辐射应力:波浪运动引起的波周期时均剩余动量流根本机理：水往低处流波浪破碎→波高衰减→动量减小↔波浪与周围流体产生相互作用：近岸区水面变化→波浪增减水(新的流体静压力)形成近岸流场→水流与底床的摩擦力第一节概述Ft=△mv辐射应力的形成波浪的存在产生了剩余动量流(辐射应力)动水压力+动量流静水压力(无波浪存在)微幅波解析解的应用之七-动量流1.2微幅波理论第一个下标表示辐射应力作用面的

3、法线方向，第二个下标表示应力的作用方向，上横线表示时均值微幅波解析解的应用之七-动量流1.2微幅波理论辐射应力示意图辐射应力的大小当波浪传播方向与x轴一致时（1-81）当波浪传播方向与x轴斜交时（1-82）微幅波解析解的应用之七-动量流1.2微幅波理论当波浪场中各位置(x,y,z)处的波高不变时，单位水体上的辐射应力整体平衡若波浪场中各位置(x,y,z)处的波高不同时，各位置处的辐射应力也不同，单位水体上的作用力不平衡而产生运动微幅波解析解的应用之七-动量流1.2微幅波理论第二节近岸流控制方程将流体力学质量守恒方程和二个水平动量方程沿水深积分以及对波周期平均，得到描述近岸时均流

4、场的平面二维近岸流方程一、近岸流质量和动量守恒方程沿水深积分进行波周期平均流体方程(质量守恒、动量守恒)求解近岸时均流场U,V平面二维近岸流方程(关于U,V)含有与的相关项(辐射应力)近岸流质量和动量守恒方程(够一定的复杂)14方程中时间变化项的时间尺度远大于波周期，表示的是波浪条件(波高、周期等)随时间变化引起的近岸流场的变化过程。在实际应用中，可引入一些简化假定：假定波浪条件是稳定的，因而近岸流也是稳定的，即：如何简化“近岸流质量和动量守恒方程”？自由表面上没有平均剪切应力(无风)，即：如何简化“近岸流质量和动量守恒方程”？将辐射应力项从左移到右，即：如何简化“近岸流质量和

5、动量守恒方程”？简化的近岸流控制方程（惯性项）（水面坡降力）（辐射应力梯度）（紊流应力项）（床面阻力项）波浪辐射应力梯度是驱动时均流动和时均水面变化的主导作用力二、床面阻力项平均流和波浪质点速度共存时，时均床面阻力假定入射角很小纯沿岸流时U＝０sinα≈0，cosα≈1如何线性化？y向波浪质点速度远小于x向二、床面阻力项平均流和波浪质点速度共存时，时均床面阻力（3-8）沿岸方向(y向)的床面阻力：向岸方向(x向)的床面阻力：沿岸流速度远小于波浪水质点轨迹速度(V<

6、换引起的(流体粘性)。紊动动量的交换使流速分布趋于均匀光滑，引起流速再分布根据紊流理论，动量交换通常可表示为速度梯度和动量交换系数(或紊动粘滞系数)的乘积：(3-9)求解近岸流场问题中，近岸各点水深和波浪条件包括波高、波向角及周期应预先给定，以计算辐射应力项深水波要素浅水变形、折射、绕射、反射理论、波浪带内能量耗散模型近岸区波浪要素辐射应力作为近岸流场计算的输入条件近岸流控制方程的解法(1)给出近岸各点的水深(2)根据深水波要素，利用浅水变形、折射、绕射、反射、破碎理论和破波带内的能量耗散模型获得近岸各点的波高、波向和波周期(3)根据波浪条件和水深条件计算辐射应力项等(4)代入

7、方程，联立求解三个方程，三个独立变量(时均水面，X向深度平均流速时均值U，Y向深度平均流速时均值V)请记下待做的习题习题3.1天津城建学院用纸，注明班级、学号、姓名(完整步骤)下一次周一课前，各班学习委员收齐后上交我们的目的求解近岸流方程：！？NO，onlyfortwosimplegoals波浪增水和减水沿岸流的形成第三节波浪增水和减水增水和减水-波动水面时均值相对于静止水面的偏离值一、一维波浪增减水方程波浪增减水的形成原因波浪进入浅水区→先浅水变形(波高增大)→后波浪破碎(波高减小)→波高