波浪的三维数值模拟及其应用
波浪高度的数据采集及其数学模型
波浪高度的数据采集及其数学模型【摘要】本文通过对波浪高度的数据采集及数学模型的研究，探讨了波浪高度的测量方法和数学模型的建立过程。
在波浪高度数据采集方法方面，我们介绍了现有的测量手段并提出了改进方法。
在数学模型建立部分，我们讨论了不同的模型类型及其适用范围，并提出了一种综合考虑测量数据和理论模型的新模型。
在数据分析和预测模型部分，我们分析了波浪高度数据的特点，并建立了预测模型以提高预测精度。
我们探讨了波浪高度在航海、海洋工程等领域的应用，并总结了本文研究的成果和展望未来的研究方向，为相关领域的研究提供了启示。
【关键词】波浪高度数据采集、数学模型、数据分析、预测模型、应用、研究背景、研究意义、研究目的、总结、展望、研究启示1. 引言1.1 研究背景波浪高度是影响海洋环境和航海安全的重要因素之一。
随着海上活动的增加，对波浪高度的准确预测和监测变得越来越重要。
研究波浪高度的数据采集及数学模型，可以帮助我们更好地了解波浪的形成规律，提高波浪高度的预测准确性，为航海、沿海工程等领域提供重要参考。
波浪高度的数据采集是研究波浪特性的基础。
通过海上观测站、遥感卫星等手段，可以实时监测海域中的波浪高度数据。
利用数学模型建立波浪高度与各种因素（如风速、风向、海洋潮汐等）的关系，可以更准确地预测未来波浪的变化趋势。
本文将探讨波浪高度数据采集方法、波浪高度数学模型建立、波浪高度数据分析、波浪高度预测模型和波浪高度的应用等内容，旨在为提高波浪预测精度、保障海上安全、促进海洋科学研究等方面提供参考和支持。
中所述的内容将有助于解释本文研究的背景和意义，为后续内容的展开铺设基础。
1.2 研究意义波浪是海洋中一种重要的自然现象，其高度的变化对于航运、海上工程以及海岸线的稳定性都具有重要影响。
对波浪高度进行准确的数据采集和数学模型建立具有重要的研究意义。
波浪高度数据的采集可以帮助我们更好地了解海洋中波浪的分布规律和变化趋势。
这对于海上交通的安全性有着直接的影响，可以帮助船舶更好地规避海浪较大的区域，减少海上事故的发生率。
基于FLUENT的波浪数值仿真及其对出水物体的作用研究
基于FLUENT的波浪数值仿真及其对出水物体的作用研究姜涛裴金亮唐岱能源学院指导教师：陈浮一、课题研究目的物体出水运动是一个涉及气液两相问题的三维非定常过程。
在这一过程中，物体的边界条件发生剧烈变化，同时波浪的存在，对物体边界流场的压力、流线分布也起到十分重要的影响。
因此，分析波浪力对于研究水面运动体和出水物体所受应力十分关键。
目前解决该问题的研究手段主要有物理模型实验与数值模拟等。
物理模型实验主要是通过在波浪水槽中进行的实验来研究波浪，采用PIV实验对流场进行跟踪；数值模拟则是通过建立数值模型，通过GAMBIT、FLUENT等CFD软件来进行离散计算。
数值模拟可以节约人力、物力、财力和时间，而且数值模拟可重复性好，条件易于控制，比实验更灵活，此外在海洋结构物的分析和设计中，一般来说，解析解只适用与简单几何形状或线性波浪问题，因而数值解法更有普遍意义。
如果能够对高阶非线性波进行计算模拟，那么就可以用数值波浪水槽模拟各种条件下、特别是极端波况下的波浪运动特性。
所以此项目将采取以数值计算为主，微型实验为辅助的方式开展。
项目分析结果将对解决水下导弹发射等实际工程问题起到参考借鉴作用。
二、课题背景用计算机模拟取代或部分取代海岸与海洋工程模型试验的设想近些年正逐渐成为现实.与物理模型试验相比,数值模拟不仅成本低,可以避免比尺效应,而且在工况选择以及复杂流场的分析处理等方面也具有明显的优越性.关于数值波浪水池的想法由来已久[1],其实质是构建一个数值模拟平台,在该平台上赋予通常实验室中的波浪水池所具有的功能.基于势流理论和应用边界元方法构建数值波水池的工作已有不少尝试.目前发展了以时域高阶边界元方法求解完全非线性的势流方程,例如,Kim等和Grilli等的工作.然而,结构物附近由于粘性作用而导致的各种复杂流动状况毕竟不能用势流理论来反映.此外,边界元方法在处理复杂自由水面时难免失效.自Harlow等提出MAC方法和Hirt等提出VOF方法以来,带自由表面粘性不可压缩流体运动的数值计算技术得到了迅速的发展.在此基础上构建数值波浪水槽的工作也受到了重视.Wang基于VOF方法建立了二维数值波浪水槽并应用所建立的数值波浪水槽开展了波浪对近海平台底部冲击过程的研究.最近,日本一研究小组推出了一个二维的CADMAS-SURF系统,其核心技术是VOF方法.较早将VOF方法推广到三维带自由表面粘性流体运动的是Torrey等. Wang和Su应用改进的VOF方法进行了圆柱容器内液体晃动问题的三维数模在海洋工程问题中，波浪力是作用在工程结构上的最主要的外力之一。
三维波浪作用下大直径圆柱绕流的数值模拟
摘
要 ：为探讨 三维波浪与结构物 的相互作用 ， 以两相流 概念 、 大涡模 拟 的不 可压缩粘 性流体 运动方程 和 自由
水面追踪分段线性近似的流体体积 （ Ｏ ） Ｖ Ｆ 法为基础 ， 建立 了三维波 浪与结构物 相互作用 的数学模 型 ； 三维 波 对 浪作用下大直径 圆柱绕流进行 了数值模拟 ， 用两步边界定 位法和虚拟边 界力法确定 波浪 与结构物 接触面 ． 结果
响应 ．
重 视． 究波 浪 与结构 物相互 作用 不但 可 以了解结 研
国 内外 学者 对 波 浪 与结 构 物 的相 互 作 用进 行
收 稿 日期 ： ０ １０ ．１ ２ １ －７１
基金项 目： 铁道部科技研究开发计划资助项 目（０ ０ ０ ４Ｌ ；中央高校 基本科研业务费专项资金资助项 目（０ ０ Ｔ １ ２ １Ｇ ０ 一 ） ２ １Ｚ Ｏ ） 作者简介 ： 祝兵 （９ ５一） 男 ， １６ ， 教授 ， 博士生导师， 研究方 向为桥梁结构动力学及桥梁风浪耦合动力学 ， － ｉ： ｕｉｇ２ ＠１６ ｃｎ Ｅｍａ ｚ ｂｎ １６ ２ ．ｏ ｌｈ
度 ， 常取 △＝（ ：Ｖ ， 中 、ｙ和 分别 通 △△△ ） 其 Ａ 为在 、 Ｙ和 方 向上 的网格宽 度． 连 续方 程仍 为式 （ ） １．
求波向与流向的夹角， 并用有限元法求解含流的缓 坡方 程 ， 到在 缓变 地形 和定 常流场 共 同影 响 下 的 得
大 尺度 圆柱周 围波 流场 的耦合 解 ， 对波 流共 同作 并 用下 大 尺 度 圆 柱 墩 群 周 围 的 波 流 场 进 行 了 数 值
Ｋｅ ｒ ｓ ｉｔｒｃｉｎ ｅｗｅ ｎ ｈｅ —ｉ ｎ ｉｎ ａ ｅ ｎ ｓ ｃｕ ｅ ｖ ｌｍｅ ｆ ｆ ｉ （Ｖ ｙ ｗｏ ｄ ： ｎｅａ ｔ ｂ ｔ ｅ ｔｒｅｄｍｅ ｓｏ ｗ ｖ ａ ｄ ｔ ｔｒ ； ｏｕ ｏ ｕｄ ｏ ｕ ｒ ｌ ＯＦ）
沿海工程中的波浪与海浪数值模拟
沿海工程中的波浪与海浪数值模拟近年来，沿海工程的建设如火如荼，随之而来的是对波浪与海浪的数值模拟需求逐渐增加。
波浪与海浪数值模拟是指通过数值方法对海洋中波浪与海浪的变化进行模拟和预测，旨在为沿海工程的规划、设计和施工提供科学依据。
本文将简要介绍沿海工程中的波浪与海浪数值模拟的方法和应用。
波浪与海浪的数值模拟主要通过计算流体力学方法来实现。
其中最常用的方法是雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS)和傅里叶波谱方法。
RANS方法基于连续方程和雷诺应力方程，通过求解这些方程来模拟波浪和海浪的行为。
傅里叶波谱方法则是通过将波浪与海浪分解为一系列正弦波来进行模拟。
这些方法在研究波浪传播、波浪反射、波浪干涉以及波浪对结构物的作用等方面具有重要意义。
在沿海工程中的具体应用方面，波浪与海浪的数值模拟可以用于确定海域的波浪条件，为工程设计提供基础数据。
通过模拟不同海况下的波浪变化，可以评估工程结构物的稳定性和安全性。
例如，当设计海上风电场时，需要考虑到不同风况下的波浪变化对风机和输电线路的影响。
此时，数值模拟可以帮助工程师预测海上波浪的变化情况，为风电场的布局和设计提供参考。
另外，波浪与海浪的数值模拟还可以用于预测海洋灾害，提前做好灾害防护准备。
例如，在台风来临前，通过对海浪的数值模拟可以预测台风引起的海浪高度和波浪周期，为沿海地区的防护工程和灾害应对提供重要依据。
这在沿海地区的防患于未然上具有重要意义。
此外，波浪与海浪的数值模拟还可以用于优化沿海工程结构物的设计。
通过对波浪在结构物上的作用进行模拟，可以评估结构物的稳定性、耐波性能以及对波浪的反射和干涉情况。
这为工程师提供了宝贵的信息，可以优化设计方案，提高工程结构物的安全性和可靠性。
同时，在实际的波浪与海浪数值模拟中，还需要考虑一些特殊因素。
例如，海底地形、海流和潮汐等因素都会对波浪的传播和变化产生影响。
因此，在模拟中需要考虑这些因素的综合影响，提高模拟结果的准确性和可靠性。
基于方向谱的海浪三维数值模拟
捅要 ： 为进 行 海 面 视 景仿 真 ， 对 基 于 方 向谱 的 海 浪 三 维 数 值 模 拟 方 法 进 行 了 研 究 。采 用 Ｇ ｅ ｒ ｓ ｔ ｎ ｅ ｒ 波 对 海 浪 模 型 进 行 了建 模 ， 并增 加陡度 控制参 数控 制海 浪波形 ， 总 结 了 常 用 的 海 浪 谱 和 方 向 扩 展 函数 ， 分 析 了 波 浪 立 体 观 测 计 划 （ Ｓ ＷＯ Ｐ ） 和Ｄ ｏ ｎ ｅ ｌ ａ ｎ 方 向扩 展 函 数之 间 的 异 同 ， 采用 Ｐ Ｍ 谱和 Ｄ ｏ ｎ ｅ ｌ ａ ｎ 方 向扩展函数构成的海浪方向谱 ， 进 行 了海 浪 的 三 维 数 值 模 拟 。结 果 表 明 ， 该 方 法 仿 真效 果 逼 真 ， 具有较高的应用价值 。
ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｓ ｔ ｅ ｒ ｅ ｏ ｗａ ｖ ｅ ｏ ｂ ｓ ｅ ｒ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ （ Ｓ Ｗ ｏＰ） ａ ｎ ｄ Ｄｏ ｎ ｅ ｌ ａ ｎ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｅ ｘ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ
２ ０ １ ３年 ８月
舰 船 电 子 对 抗
ＳＨ Ｉ ＰＢ０ ＡＲＤ ＥＩ ＥＣＴＲ０ ＮＩ Ｃ Ｃ０Ｕ ＮＴ ＥＲ Ｍ ＥＡ Ｓ Ｕ Ｒ Ｅ
Ａ ｕｇ ．２ ０ １ ３
ＶｏＩ ． ３６ Ｎｏ ．４
第 ３ ６卷第 ４期
基 于 方 向谱 的海 浪 三维 数值 模 拟
张 思将 ， 杨 洁 ， 欧阳艺
关 键词 ： 方向谱 ； 海浪模拟 ； Ｇｅ ｒ ｓ ｔ ｎ ｅ ｒ 波； 海浪谱 ； 方 向扩展 函数
三维风暴潮数值预报模型的研究及应用的开题报告
三维风暴潮数值预报模型的研究及应用的开题报告
一、选题背景：风暴潮是台风、风暴等气旋性天气带来的最为严重
的海上灾害，对沿海地区的海洋生态和生产活动造成极大的影响。
因此，开展风暴潮数值预报模型研究及其应用具有十分重要的意义。
二、研究目的：本研究旨在建立三维风暴潮数值预报模型，实现对
各种强烈气旋带来的风暴潮的准确预报，并为防灾减灾提供科学依据。
三、研究内容：
1.风暴潮数值预报模型的基本原理与方法研究；
2.开展海洋场和大气场的观测和数据采集；
3.基于三维水动力学与变形网格技术开发数值模型；
4.模型的准确性和稳定性评估；
5.实现模型的应用，并与实际观测结果进行比对和验证。
四、研究方法：
1.观测和数据采集；
2.三维水动力学及变形网格技术；
3.相关数值计算软件开发；
4.实际数据的对比与应用。
五、研究意义：
1.建立三维风暴潮数值预报模型，提高风暴潮预报的准确性和可靠性；
2.为海洋环境保护、港口规划、沿海防护设计等相关工作提供科学
依据；
3.加强风暴潮灾害的预防和应对能力，提高灾害防范水平。
六、研究进程安排：
1.前期研究：完成研究背景、目的、意义等方面的文献调查和资料搜集工作；
2.中期研究：进行风暴潮数值预报模型及其开发工作；
3.后期研究：实现模型的应用并对其进行评估。
七、预期目标：
1.建立可靠的三维风暴潮数值预报模型；
2.实现模型的应用，并与实际observation进行比对，验证模型准确性；
3.为防灾减灾提供科学依据。
台风浪风暴潮作用下三维潮流数值模拟
台风引起的台风浪和风暴潮很容易造成近岸浅
滩大量泥沙的起动ꎬ在短时间内能造成航道或港池
的强淤和堤防、防波堤等港口航道与海岸及近海工
摘 要:针对台风作用下三维潮流模拟的技术问题ꎬ本文提出了波流耦合的三维潮流数值模拟技术ꎮ 首先ꎬ基于三
重网格嵌套的超高分辨率的韦帕台风风场ꎬ应用第三代波浪模型、二维潮流模型、三维水动力泥沙模型 ＦＶＣＯＭ 和
非结构化网格的二维、三维三重嵌套的方式ꎬ通过二次开发重点解决了三维模型中波生流和波流共同作用底部剪
ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｔｙｐｈｏｏｎ Ｗｉｐｈａ ｉｎ ２００７ꎬ ｗａｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ. Ｆｉｎａｌｌｙꎬ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌａｙｏｕｔ ｐｌａｎｓ ｏｆ Ｌｉ￣
ａｎｙｕｎｇａｎｇ ｐｏｒｔ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ. Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ｌｉｔｔｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｆｌｏｗ ｐａｔｔｅｒｎ ａｎｄ ｆｌｏｗ 标志码:Ａ 文章编号:１００６￣７０４３(２０１９)１０￣１６７５￣０７
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ３￣Ｄ ｔｉｄａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ
ｔｙｐｈｏｏｎ ｗａｖｅｓ ａｎｄ ｓｔｏｒｍ ｓｕｒｇｅ
ＺＨＵ Ｚｈｉｘｉａ１ ꎬ ＸＩＯＮＧ Ｗｅｉ２
ａｌｌ ｌａｙｏｕｔ ｐｌａｎｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｑｉｔａｉ ｐｏｒｔ ａｒｅａ. Ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｘｕｗｅｉ ｐｏｒｔ ａｒｅａꎬ ｔｈｅ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｏｆ ｌａｒｇｅ￣
ｓｃａｌｅ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｏｗ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｄｉｓａｐｐｅａｒｅｄꎬ ａｎｄ ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ. Ｔｈｉｓ ｄａｔａ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｏｒ
基于波浪谱的三维随机波浪数值模拟及仿真
基于波浪谱的三维随机波浪数值模拟及仿真
赵珂;李茂华;郑建丽;田冠楠
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2014(036)002
【摘要】为了进行三维随机波浪的模拟,本文将随机波浪看成多个不同余弦波的叠加,建立基于Pierson-Moscowitz谱和简单方向分布函数的三维随机波浪谱数学模型.通过等分能量法、线性同余法等方法划分频率、方向角和相位角,完成波面方程的离散,最后运用Matlab软件实现三维随机波浪的仿真和波面的显示.通过仿真波高与参考波高的对比,证明本方法能够有效模拟三维随机波浪.
【总页数】3页(P37-39)
【作者】赵珂;李茂华;郑建丽;田冠楠
【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所,上海200092;中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所,上海200092;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001
【正文语种】中文
【中图分类】U661.44
【相关文献】
1.基于随机波浪谱对深水区自升式平台动力响应分析 [J], 窦培林;杜训柏;胡礼明
2.基于测波雷达现实方向谱的三维波浪数值模拟研究 [J], 王作超;石爱国;吴明;刘猛
3.三维随机波浪的数值仿真研究 [J], 潘玉田;马新谋;杨栋
4.基于Boussinesq波浪模型的港池波浪数值模拟与泊稳分析 [J], 吴亚楠;武贺;周庆伟;马勇
5.基于高阶边界元的三维数值波浪港池——波浪破碎的模拟 [J], 谢其军;刘桦;闫磊因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于OpenFOAM的三维数值波浪水槽研究及应用的开题报告
基于OpenFOAM的三维数值波浪水槽研究及应用的开题报告一、研究背景波浪是海洋中极为重要的一种物理现象，对海洋工程、海洋运动、海洋气候等领域具有重要的影响。
波浪水槽在波浪研究、海洋工程、海洋能源等领域也有着广泛的应用。
因此，波浪水槽的研究具有重要意义。
目前，国内外已经有很多学者对波浪水槽进行了研究。
但是，在数值模拟方面，由于波浪水槽的复杂性，数值模拟方法难以准确的模拟波浪水槽中的波浪场。
基于OpenFOAM的三维数值波浪水槽研究及应用，可以提高波浪水槽的研究水平和应用价值。
二、研究目的本研究的目的是基于OpenFOAM对三维数值波浪水槽进行研究，通过数值模拟方法，得到波浪水槽中不同波浪场下的流体动力学特性，并对波浪水槽的应用进行探讨。
三、研究内容1. 构建数值波浪水槽模型。
通过一定的方法构建三维数值波浪水槽模型，包括水槽和波浪发生器。
2. 实现波浪发生器的数值模拟。
通过数值模拟方法模拟波浪发生器中的波浪场，得到波浪的相关参数，如波高、波长、波速等。
3. 实现水槽内流体的数值模拟。
通过数值模拟方法模拟波浪水槽内的流体运动，得到流体的速度、压力等参数。
4. 分析波浪水槽的流体动力学特性。
基于所得模拟结果，对波浪水槽中不同波浪场的流体动力学特性进行分析。
5. 探讨波浪水槽的应用价值。
根据所得结果，对波浪水槽在波浪研究、海洋工程、海洋能源等领域的应用价值进行探讨。
四、研究意义本研究的意义在于：1. 提高波浪水槽的研究水平。
通过基于OpenFOAM的数值模拟方法，可以更准确的模拟波浪水槽中不同波浪场下的流体动力学特性，从而提高波浪水槽的研究水平。
2. 探索波浪水槽的应用价值。
通过分析波浪水槽中不同波浪场下的流体动力学特性，可以更深入的了解波浪水槽在波浪研究、海洋工程、海洋能源等领域的应用价值，为相关领域的研究提供参考。
3. 推进数值模拟方法在海洋领域的应用。
本研究使用了基于OpenFOAM的数值模拟方法，为数值模拟方法在海洋领域的应用推广提供了新的思路和展示平台。
三维数值波浪水池技术与应用
5Ε + 5t
(u Ε ) =
(Μ ΕE ) + C 1S 1 Μ eE 2ຫໍສະໝຸດ kΕ- C2
Ε
k
2
0 1 2 3 4 5 6 7 8
( 5)
其中 Μ k = Μ e Ρk , Μ Ε= Μ e ΡΕ, S =
E. 各经验
系数的值按照标准 k 2Ε湍流模型的建议[ 10 ] 取为 Ρk = 1. 00, ΡΕ = 1. 30, C 1 = 1. 44, C 2 = 1. 92. 求解基本方程 ( 1) 、( 2) 、( 4) 和 ( 5) 的差分网 格由长方体单元组成. 网格单元体的 3 个尺度分 别记为 ∃ x i、 ∃ y j 和 ∃ z k , 如图 1 所示. 在单元体中, 变量按交错网格布置, 即压力 p 和流体体积函数 F 定义在单元体的中心, 速度分量 u、 v 和 w 定义 在单元体各侧面的中心. 方程的离散格式参考文 献 [ 9 ], 采用 SOLA 2 VO F 方法求解, 其基本思想 是: ( 1) 将前一时刻流场的计算结果代入动量方 程的显式差分格式, 求出当前时刻流场的近似值; ( 2) 对压力进行迭代修正, 使得连续方程在一定 的精度下得以满足, 对表面单元体要求满足自由 表面动力学边界条件 ( 通过线性插值的办法确定 表面单元体中心的压力) ; ( 3) 完成压力迭代后, 对流场进行再修正; ( 4) 将修正后的速度代入 k 2Ε 方程的差分格式求紊动动能和紊动动能耗散率.
图 1 差分方程的单元体结构
F ig 11 Cell structu re of fin ite difference equation
对整个流场完成上述求解过程后, 还需确定 当前时刻的自由表面 . 按 VO F 方法对流体体积 函数 F ( x , y , z , t) 的定义, 自由表面单元体为具 有非零 F 值, 且与它相邻的 6 个单元体中至少有 一个是 F 值为零的空单元体. F 函数应满足的方 程为 5F + 5t
基于三维势流理论的耐波性数值预报
基于三维势流理论的耐波性数值预报随着海洋工程事业的发展，对于浪尖高度、移动速度、滞留时间等海浪参数的准确预报愈加重要。
而海浪的复杂性，导致现阶段的描述方法难以满足实际需要。
本文将介绍一种基于三维势流理论的耐波性数值预报方法，并分析其在海洋工程中的应用。
三维势流理论是基于Bernoulli方程的理论，能够描述流体中复杂的运动，包括了流体的速度、压力和密度等参数，进而计算海浪的传播和变形。
在此理论下，我们可以通过求解海洋自由面上的流场，并根据动量守恒方程得到海洋波浪的传播方程。
本文所提供的数值预报方法，基于三维势流理论的基础上，利用有限元方法对其进行数值求解。
该方法具备一定的数值稳定性和精度，能够对复杂的海浪场进行预报，并为海洋工程提供可靠的模拟支持。
在预报过程中，我们可以根据实际需要选择不同的边界条件和初始条件，并通过预设网格使其适应不同的计算环境。
在求解过程中，我们需注意模型设置中的物理参数，包括海水密度、粘度、重力加速度等参数，以及模型中的阻力系数、回波系数等真实参数的设定，以确保预报结果的准确性和可靠性。
最终，基于三维势流理论的耐波性数值预报方法能够为海洋工程提供可靠且准确的波浪参数预报，包括浪高、周期、传播方向、波速等，进而对海洋工程的设计、施工和咨询提供重要参考依据。
预报结果的精度和可靠性，将在海岸防护、海上输油管道、港口码头、海上风电等领域的应用中得到验证。
海洋工程中需要预测的海浪参数包括浪高、周期、传播方向、波速等。
这些参数的准确预报对于海洋工程的设计、施工和咨询非常重要，因此需要通过数值模拟等方法进行计算和预测。
浪高是指波浪顶部相对于海平面的高度。
浪高受到多种因素的影响，包括风速、海洋流速度、水深等因素。
例如，在狂风暴雨的条件下，海浪往往会变得更加剧烈。
在海洋工程中，浪高的预报对于选择结构物的高度、决定摆放平台和绳索、决定船只的运行和供应等都非常重要。
周期是指波浪的时间周期，即相邻波峰和波谷之间的时间间隔。
波浪增减水的实用数学模型及其数值模拟
波浪增减水的实用数学模型及其数值模拟波浪增减水的实用数学模型及其数值模拟1引言波浪从深水向浅水传播过程中，由于浅化变形，会在海岸附近发生波浪破碎．波浪破碎过程中将伴随大量的能量损失，导致波高等波要素发生很大变化，从而在近岸区域出现明显的增成水现象．自20世纪60年代以来，许多学者采用物理模型实验和数学模型对波浪增减水现象进行了研究，取得了许多重要研究成果，但由于该现象的复杂性，目前对波浪增减水的模拟大多是先采用考虑能量损失的波能平衡方程得到波高分布，接着采用Longuet-Higgins和stewart原始辐射应力公式或其简化公式计算辐射应力分量，最后采用深度平均的方程计算平均水位的变化（增减水）．对简单地形，这种方法是十分有效的，但对复杂地形这种方法存在明显不足，主要表现在：（1）考虑能量损失的波能平衡方程在用于二线问题时，需要采用其他方程计算波向，而复杂地形上的波向的求解十分困难，特别在焦散区附近更是如此；（2）直接采用Longuet-Higgins和Stewat原始公式计算辐射应力分量比较复杂，需要采用其他方程得到波浪水质点的速度、压力及波面分布，其简化公式只适用于简单的纯行进波，而且仍需采用其他方程计算出各点的波向，从而使这种比较常用的波浪增减水模型算法在复杂地形上的应用受到限制．为此，本文给出一种比较实用的波浪增减水数学模型．该模型首先采用考虑能量损失的抛物型缓坡方程得到域内的波浪复振幅分布，避免了波向的确定，接着采用笔者导出的一种新的辐射应力公式计算出辐射应力分量，最后采用深度平均的方程计算波浪破碎产生的增减水．从理论上说，本文方法可有效地用于复杂地形上的增减水问题，但由于缺少复杂地形上的增减水实测数据，因此模型的验证是在简单地形上进行的．采用该模型对规则波和不规则波破碎引起的增减水问题进行了数值模拟，并将数值结果和实测数据进行了比较，效果比较满意．2 数学模型2．1 波浪复振幅数学模型。
自然海滩的波浪和流──一个准三维数值模型
自然海滩的波浪和流──一个准三维数值模型
Marie-HeleneG.Briand;J.WilliamKamphuis;王文海
【期刊名称】《海岸工程》
【年(卷),期】1995(14)3
【摘要】在海滩上一个理想的精密泥沙输移模型必须对研究区域的波候和波成流有准确完善的描述。
作为海岸过程的更完全模型的第一步，本文概括了详细的波浪和流的计算的不同方面，开发出一个基于PC机的准三维模型。
而且通过在模拟的无限长自然海滩上的实验室实验予以校准。
实验是在多种波浪条件下进行的，如规则和随机长峰波区域及两种粒径的砂。
【总页数】23页(P52-74)
【关键词】海滩;海岸工程;波浪;流动;三维数值模型
【作者】Marie-HeleneG.Briand;J.WilliamKamphuis;王文海
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】P753;P731.2
【相关文献】
1.三维泥沙动力数值模型的高效应用——准三维模型"轻装"效应 [J], 杨静;黑鹏飞;假冬冬;尚毅梓
2.自然海滩的波浪和流 [J], 王文海
3.考虑垂直涡粘系数非均匀分布的太湖风生流准三维数值模型 [J], 王惠中;宋志尧;
薛鸿超
4.动波浪壁圆柱绕流三维数值模拟 [J], 刘家欢;王志东;凌宏杰;吴娜;王海星
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于测波雷达现实方向谱的三维波浪数值模拟研究
基于测波雷达现实方向谱的三维波浪数值模拟研究测波雷达是沿海海洋遥感技术中重要的一种，其基于雷达回波信号可以进行海面波浪参数的测量，基于这些参数可以进一步研究海洋物理变量。
在实际应用中，测波雷达回波信号可能方向敏感，这就需要对回波信号的方向谱进行研究，进一步提高测波雷达探测效率和精度。
为了更好地掌握测波雷达回波信号的特点及其方向谱，本文基于三维波浪数值模拟研究了测波雷达回波信号的方向谱。
目前，三维波浪数值模拟技术已经被广泛应用于海闸、岸线防护等领域中，可以通过三维数值模拟的方法，分析波浪在不同湾区、岩礁海域中传播过程中的动态特征，进而合理规划海防工程以及减轻海洋灾害的影响。
通过三维数值模拟对测波雷达回波信号的方向谱进行研究，不仅可以为探测技术提供理论基础，还可以进一步了解海水波浪在空间上的特性和分布规律。
我们运用SWE（Shallow Water Equations）模型对三维波浪进行数值模拟。
在计算中，我们采用了离散元素法（DEM）和地图化有限元方法（GFEM）。
为了验证模型的有效性，本研究将所建立的三维数值模型与实地测量结果进行对比，发现两者具有较高的相关性，能够保证三维数值模型的准确性，进而进行方向谱研究。
我们对不同频率的波浪进行多次计算，并统计出方向谱的傅里叶变换结果。
在分析后，我们发现波浪方向谱随着波浪频率的变化而变化，高频波浪方向谱的尖峰相对较窄，而低频波浪则相对较宽。
最后，本研究对于测波雷达回波信号的方向谱进行了深入的探讨和分析，通过利用三维数值模拟技术，成功建立了测波雷达的回波信号的数学模型，并针对波浪频率展开傅里叶变换的方式，得出了切实可行的结果。
通过这些分析，人们可以更好地研究波浪运动规律、分析波浪传播特性、挖掘隐含的波浪参数，对进一步深入研究海洋科学有着积极的促进作用。
在对测波雷达回波信号方向谱进行三维数值模拟的过程中，我们获得了相关的数据。
主要的数据包括波浪高度、波浪周期、波浪频率以及方向谱。
波浪作用下三维楔形体入水砰击数值模拟
波浪作用下三维楔形体入水砰击数值模拟朱仁庆;陆嘉文;纪仁玮;夏淼;李乐飞;韩峥【摘要】当船舶航行于恶劣海况时,船舶会发生砰击现象.砰击现象是指船体发生剧烈的摇荡运动导致出水并再次入水,由于船舶入水砰击是瞬态过程,所以会在短时间内产生巨大的砰击压力,造成船体的变形甚至失效,因此准确预报入水砰击压力对保证船舶安全航行和作业具有重要意义.本文建立三维楔形体模型来模拟船首部位,结合有限体积法与动网格技术,引入VOF模型,数值模拟了波浪作用下不同刚度三维楔形体垂直入水的过程.研究发现不同刚度的三维楔形体分别入水的过程中,弹性结构入水砰击压力的峰值要小于刚性结构,弹性效应会一定程度减缓砰击的发生,为今后工程实践提供有价值的参考.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2019(041)007【总页数】6页(P6-11)【关键词】波浪;三维楔形体;弹性体;入水砰击;动网格;流固耦合【作者】朱仁庆;陆嘉文;纪仁玮;夏淼;李乐飞;韩峥【作者单位】江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江 212001;江苏科技大学海外教育学院,江苏镇江 212001;江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江212001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江 212001;江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江212001;江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江 212001【正文语种】中文【中图分类】U661.40 引言海洋结构物的入水砰击是一个复杂的流固耦合问题，海洋结构物在入水过程中会对水有砰击作用，造成水向四周飞溅，同时水又会对海洋结构物产生一定的反作用力。
特别是在海洋结构物入水的瞬间，会产生比较大的入水砰击载荷，造成结构变形甚至破坏。
因此准确预报海洋结构物的入水砰击载荷以及水弹性力学特性，对工程实践有重要的指导意义。
目前，很多学者对入水问题进行了研究。
Zhao 和Faltinsen[1]在Wagner 方法的基础上，提出了求解二维物体入水砰击问题的边界元数值方法，研究结果表明，在砰击角度较小时得到的结果与Wagner 方法的渐近解数值模拟结果相近。
太湖湖流、波浪、沉积物的三维数值模拟
太湖湖流、波浪、沉积物的三维数值模拟汤露露;王鹏;姚琪【摘要】运用ECOMSED模拟风速为6.5 m/s定常东南风作用下太湖流场及波浪场,对模型的适用性及可靠性进行验证;在此基础上进行波流共同作用下沉积物再悬浮数值模拟,得出沉积物-水界面切应力及水体中悬浮物浓度分布.结果表明:太湖有效波高范围在9～29cm之间,有效波高的空间分布与风速、风向和水深有很大的关系,同时波浪对切应力会产生很大影响,而切应力的分布决定了悬浮物浓度的分布,风浪及地形要素是导致太湖悬浮物浓度变化的重要因子.模拟结果与现有实验成果较吻合,说明运用该模型模拟太湖沉积物再悬浮的结果可靠.%The Estuar Coastal Ocean Model incorporated with Sediment (ECOMSED) model was used to simulate the flow and wave field under a steady southeast wind of 6.5 m/s in Taihu Lake, and the suitability and reliability of the model was verified.Based on this, numerical simulation of sediment re-suspension was carried out with the joint action of waves and currents, and the distributions of shear stress and suspended matter concentration on the water-sediment interface were obtained.The results show that significant wave height was in the range of 9 to 29 cm, and the spatial distribution of significant wave height had a strong relationship with wind speed, wind direction, and water depth.Meanwhile, waves had a significant impact on shear stress, and the shear stress distribution determined the distribution of suspended matter concentration.Therefore, wind and topography are two important factors leading to changes of the concentration of suspended matter in Taihu Lake.The simulation results agreed with existingexperimental results,proving that this model can reliably simulate sediment re-suspension.【期刊名称】《水资源保护》【年(卷),期】2011(027)002【总页数】6页(P1-5,12)【关键词】ECOMSED模式;湖流;波浪;沉积物;数值模拟;太湖【作者】汤露露;王鹏;姚琪【作者单位】河海大学环境学院,江苏,南京,210098;环境保护部南京环境科学研究所,江苏,南京,210042;河海大学环境学院,江苏,南京,210098;河海大学环境学院,江苏,南京,210098【正文语种】中文【中图分类】X143太湖是大型浅水湖泊,水面面积2338km2,南北长68.5km,东西宽34km,多年平均水深1.89m。
波浪理论原理的实际应用
波浪理论原理的实际应用1. 引言波浪理论是一种描述水面波动的数学模型。
它基于线性势流理论，通过对表面轮廓进行迭代求解，可以计算出波浪的参数和形状。
波浪理论广泛应用于海洋工程、船舶设计、海岸防护等领域。
本文将介绍波浪理论的原理和其在实际应用中的一些案例。
2. 波浪理论的原理2.1 一维线性波浪理论一维线性波浪理论是波浪理论的基础。
它假设波浪的传播方向与水平方向平行，并且忽略了波浪的非线性效应。
基于一维线性波浪理论，可以计算出波浪的传播速度、频率、波长等参数。
2.2 非线性波浪理论非线性波浪理论考虑了波浪的非线性效应，适用于波浪较大的情况。
通过考虑波浪的非线性效应，可以更准确地计算波浪的形状和能量传递过程。
非线性波浪理论在海洋工程中具有重要意义，可以用于预测海岸侵蚀、波浪荡涤等问题。
2.3 波浪生成模型波浪生成模型用于模拟波浪的生成过程。
它基于风场、水深等参数，通过求解一维波浪方程，计算出波浪的高度和周期。
波浪生成模型主要包括统计模型和数值模拟模型。
3. 波浪理论在海洋工程中的应用3.1 海岸防护设计波浪理论在海岸防护设计中起到了重要的作用。
通过计算波浪的高度和周期，可以确定海岸防护结构的设计参数。
例如，在堤体设计中，需要考虑波浪对堤体的冲击力，通过波浪理论可以计算出波浪的冲击力，并采取相应的防护措施。
3.2 船舶设计船舶设计中需要考虑波浪对船体的影响。
通过波浪理论可以计算出船体所受到的波浪荡涤力和翻转力，从而确定船舶的结构和稳性。
波浪理论对于船舶的抗浪性能和航行安全具有重要意义。
3.3 海洋能利用海洋能利用是一种利用海洋波浪和潮汐等能源的新兴领域。
波浪理论可以用于预测海洋波浪的能量传递和变化规律，为海洋能利用的研究和开发提供重要参考。
通过波浪理论的分析，可以确定最佳的海洋能利用设备的布置和参数设计。
4. 实际案例4.1 海上风电场设计海上风电场设计中需要考虑波浪对风机基础的影响。
通过波浪理论可以计算出波浪对风机基础的荷载和破坏力，从而确定风机基础的设计参数。
三维数值波浪水池在海上导管架平台上的应用
ＤＥＦＩＮＥ ＣＧ ＭＯＴＩＯＮ （ｙａｏｂａｎ， ｄｔ， ｃｇ＿ｖｅｌ， ｃｇ＿ｏｍｅｇａ， ｔｉｍｅ，
（ Ｌ ５）
由文 献 ［３］可 知 ：
一 ｉ２Ｅ 一ｋ ｏ／ｓｉｎｈ（ｋｏ ｈ）－ｃｏｓ而ｈ（ ｋｏ ｈ） ）＋ｓｃ（ｏ ｓｈ（）ｋ ｏｈ－ｋｏｌ （６）
式 中 ：Ｅ为 水 面 处 摇 幅 ：Ｚ为 造 波 板 水 面下 垂 直 深 度 。
式 （６）代 入 式 （５），可 求 出 波 幅 Ａ：
ＣＦＤ 自身 的 复 杂 多 样 性 及 鲜 明 的 系 统 规 律 性 ，衍 生 了 大 量 商 业 软 件 ，使 一 些 复 杂 的 流 体 力 学 问 题 得 以 解 决 ．诸 如 ＦＬＵＥＮＴ、ＣＡＤ、ＣＦＸ、Ｐｏｌｙｆｌｏｗ 等 在 工 程 界 发 挥 着 巨 大 的 作 用 ，本 文 基 于 ＦＬＵＥＮＴ展 开 导 管 架 平 台 的 模 拟 分 析 。
随 着 计 算 机 技 术 的进 步 ，数 值 模 拟 技 术 得 到 了 广 泛 应 用 ．无 论 是 理 论 上 还 是 在 实 际 应 用 中 ，采 用 数 学 模 型 模 拟 波 浪 ．以及 波 浪 与 结 构 物 的 相 互 作 用 都 简 化 了 问 题 的 复 杂 陛 。利 用 造 波 和 消 波 技 术 分 析 不 同 频 率 波 浪 对 平 台 的 损 伤 程 度 ，可 以 解 决 平 台 的安 全 『生检 测 问题 。
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式 中 ：ｃ ＝１．４４，Ｃ ＝１．９２， 为 模 型 常 数 ； 、ｏｒ 为 湍 流 普 朗 特 数 ；Ｇ 为 平 均 速 度 梯 度 引 起 的 湍 动 能 生 成 项 ； 为 湍 动 能 ； 为 湍 动 能 耗 散 率 ； 为 湍 流 黏 性 因数 。