第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 国内外研究现状 3
1.2.1 畸形波的定义 3
1.2.2 畸形波事件和观测 4
1.2.3 畸形波成因的探讨 8
1.2.4 畸形波的产生方法 11
1.2.5 数值模拟方法 13
1.2.6 畸形波对海洋结构物的作用 14
1.2.7 小波分析的应用 17
1.3 本书内容和结构 18
第2章 随机波列中畸形波的实验研究 20
2.1 造波设备和理论 20
2.1.1 造波水槽 20
2.1.2 浪高仪布置 21
2.1.3 波浪的产生 22
2.1.4 实验参数及工况 23
2.2 试验数据分析方法 24
2.2.1 统计分析 24
2.2.2 谱分析 25
2.3 波浪破碎对随机波列中出现畸形波的影响 27
2.3.1 实验目的 27
2.3.2 实验结果分析 28
小结 34
2.4 谱峰升高因子对随机波列中出现畸形波的影响 35
2.4.1 实验目的 35
2.4.2 实验数据分析 35
小结 53
2.5 谱峰周期对随机波列中出现畸形波的影响 54
2.5.1 实验目的 54
2.5.2 实验数据分析 54
小结 60
2.6 小波理论应用于随机波浪频域特性分析 60
2.6.1 小波理论分析随机波列中能量的分布 60
2.6.2 小波理论分析畸形波的成因 65
小结 75
2.7 本章总结 75
第3章 高阶谱方法 76
3.1 控制方程及边界条件 76
3.2 高阶谱数值方法 77
3.2.1 边界求解 77
3.2.2 计算步骤 80
3.2.3 时间积分格式 80
3.2.4 误差消除 81
3.3 模型验证 82
3.3.1 深水五阶Stokes波 82
3.3.2 波浪第一类调制不稳定 84
3.4 模拟畸形波的波浪模型 86
3.4.1 实验尺度波浪聚焦 86
3.4.2 考虑波浪的方向分布 89
3.4.3 开敞海域畸形波的模拟 92
3.5 本章总结 93
第4章 基于谱方法的数值波浪水槽 95
4.1 引言 95
4.2 模型建立 95
4.2.1 控制方程和边界条件 95
4.2.2 问题的解 99
4.2.3 计算步骤 99
4.2.4 吸收边界设置 100
4.2.5 造波边界设置 100
4.3 模型验证 101
4.3.1 不同输入条件的比较 101
4.3.2 线性输入得到Stokes波 102
4.3.3 波浪聚焦与实验结果的比较 103
4.3 本章总结 107
第5章 波浪的非线性运动 108
5.1 波浪的产生 108
5.1.1 短波初始运动特性 109
5.1.2 长波初始运动特性 110
5.2 数值波浪水槽的初始化 111
5.2.1 短波问题 112
5.2.2 长波问题 117
5.3 波浪的传播和变形 119
5.3.1 数值条件 120
5.3.2 数值结果与线性解的比较 121
5.3.3 数值结果与二阶Stokes波解析解的比较 125
5.3.4 数值结果与试验结果的比较 127
5.4 本章总结 130
第6章 畸形波的有效模拟模型 132
6.1 问题的提出 132
6.2 组合聚焦理论模型 133
6.2.1 极限波十随机波组合模型Ⅰ 133
6.2.2 数值条件和计算结果 134
6.2.3 极限波十规则波组合模型Ⅱ 138
6.2.4 数值条件和模拟结果 138
6.3 调制聚焦理论模型 140
6.3.1 相位角分布范围调制聚焦模型Ⅲ 140
6.3.2 数值条件和模拟结果 141
6.3.3 部分组成波聚焦模型Ⅳ 144
6.3.4 模拟条件和数值结果 144
6.4 本章总结 148
第7章 基于CIP方法的黏性流数值模型 149
7.1 问题的提出 149
7.2 控制方程 150
7.3 计算网格 151
7.4 边界条件 152
7.4.1 交错网格的边界条件给定 152
7.4.2 固壁边界 153
7.4.3 造波边界 154
7.4.4 消波边界 155
7.4.5 内部固体边界 156
7.5 计算流程 158
7.6 流场求解器 159
7.7 对流项求解 160
7.7.1 对流方程的平移特征 160
7.7.2 传统差分格式的半拉格朗日反演 160
7.7.3 高精度对流项求解方法——CIP方法 163
7.7.4 数值结果验证 165
7.8 非对流项求解 168
7.8.1 求解过程 168
7.8.2 压力Possion方程迭代求解 169
7.9 本章总结 170
第8章 畸形波对不同工程结构的作用 171
8.1 界面捕捉方法介绍 171
8.1.1 THINC方法 172
8.1.2 WLIC方法 176
8.1.3 刚体旋转问题 177
8.2 强非线性界面流动问题 179
8.2.1 液滴冲击液膜问题 179
8.2.2 平底干床溃坝 180
8.2.3 下游带障碍物的溃坝 184
8.2.4 柱体冲击液面问题 191
8.3 畸形波对海岸工程结构物的作用 194
8.3.1 模型试验 194
8.3.2 潜堤上畸形波的演变 195
8.4 畸形波对浮式结构的作用 200
8.4.1 模型试验 200
8.4.2 波面信息 203
8.4.3 浮体双自由度运动 207
8.4.4 浮体三自由度运动 213
8.5 本章总结 218
参考文献 219