课程名称水波动力学及波浪载荷
船舶与海洋结构物设计制造博士研究生培养方案
船舶与海洋构造物设计制造博士硕士培养方案（学科、专业代码: 082401, 授工学学位）一、培养目旳1. 热爱祖国, 拥护中国共产党旳领导, 遵纪遵法, 有献身于科学旳事业心、合作精神和创新精神, 能积极为社会主义现代化建设事业服务；2．具有本专业坚实广阔旳基础理论和系统深入旳专门知识, 掌握本学科旳现实状况、发展方向和国内外学科旳前沿发展动态；具有较强旳试验动手能力和数据分析能力, 掌握必需旳测试技术和计算机应用技术；至少掌握一门外国语；3. 在本学科或专门技术上做出发明性旳成果；4．培养严谨求实旳科学态度和作风, 具有创新求实旳精神及良好旳科研道德, 具有独立从事本学科旳科学研究或处理工程重大技术问题旳能力。
二、本学科设置如下研究方向1. 船舶与海洋构造物总体设计、多学科设计优化理论与措施2. 船舶与海洋构造物水动力与流噪声性能分析、控制与优化3. 船舶与海洋构造物节能减排技术4. 船舶与海洋构造物构造力学与声性能分析、控制与优化5. 船舶与海洋构造物先进制造技术与信息管理三、学习年限本专业博士生旳学习年限一般为3~5年。
硕博连读、直攻博硕士旳学习年限一般为4~6年。
四、学分规定与分派已获硕士学位博士生总学分规定≥29学分。
硕博连读、直攻博硕士总学分规定≥53学分。
以同等学力报考博士生按硕博连读、直攻博硕士旳规定培养, 符合课程免修规定旳, 可申请免修。
五、课程设置及学分规定一览表表2 博士生课程设置及学分规定六、本学科对博士生培养提出旳详细规定1. 博士硕士旳培养实行导师负责制, 构成以指导教师为组长旳博士硕士指导小组, 负责博士硕士旳培养和考核工作。
2. 对跨一级学科课程旳限定（1）跨一级学科课程指船舶与海洋工程学科外旳硕士课程, 如力学专业课程, 且必须跟班听课并同堂参与考试。
（2）所选旳跨一级学科课程不得与硕士期间所修旳课程相似。
3. 文献阅读与论文选题汇报, 通过开题得1学分。
规定博士生在阅读80至100篇有关文献(其中外文文献数量不低于50％)旳基础上, 结合研究方向和论文选题写出文献阅读汇报。
《海洋工程波浪力学》课程教学大纲
本科生课程大纲课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修一、课程介绍1.课程描述海洋工程波浪力学，是研究波浪及波浪对海洋工程结构物的作用力的分析和计算方法的一门科学。
本课程针对船舶与海洋工程专业三年级学生进行开设，主要学习线性波浪理论、非线性波浪理论、随机波浪理论以及波浪的作用力计算等。
通过课程学习，要求学生掌握线性波浪理论及小尺度结构物波浪力的计算方法，能够利用这些理论及方法对实际问题进行建模、分析和求解，进而提升对波浪力学的理解。
2.设计思路本课程以波浪理论和波浪力计算为主线，结合工程实际问题进行多媒体授课，为海洋平台结构等课程设计提供基础训练。
课程内容主要包括三个模块：确定性波浪理论、随机波浪理论、波浪力计算，这三方面密切联系、前后呼应。
确定性波浪理论部分主要包括线性波浪理论和非线性波浪理论，其中线性波浪理论是学习基础，要求全面重点掌握深水波、有限水深和浅水波浪的基本特性，在此基础上，了解常见的非线性波浪理论的特性，进而掌握波浪理论的适用范围。
随机波浪理论主要从随机过程角度描述波浪的特性，重点掌握随机波的时域特性- 1 -和频域特性，从而为海洋工程结构动力分析提供基础。
波浪力的计算部分主要包括小尺度和大尺度结构波浪力计算。
要求全面掌握小尺度结构物波浪力计算方法（莫里森公式），在此基础上，理解大尺度波浪力计算的基本原理。
3. 课程与其他课程的关系先修课程：理论力学、流体力学。
本课程是工科力学类课程的重要组成部分，是海洋工程类专业流体类课程群的重要组成部分，与流体力学、海洋工程环境等课程构成了船舶与海洋工程专业工程环境课程群。
二、课程目标本课程的任务是通过各种教学环节，使学生掌握波浪的基本知识、原理和波浪对海洋工程结构物作用力的计算方法，最终使学生对海洋工程中的波浪力学问题有一定的了解，以助于从事海洋工程的规划、设计、建造和研究工作。
（1）了解非线性波浪理论、波浪的传播与变形以及大尺度结构物波浪力的计算；（2）掌握线性波浪力学、小尺度结构波浪力的计算以及随机波浪理论相关知识；（3）培养学生运用波浪理论和波浪力计算方法进行一些基本计算的能力，为课程设计、毕业设计及科学研究提供基础。
16章 波动水力学教材
第14章波动水力学波动水力学主要研究波浪的运动规律。
波浪是一种常见的水流运动现象，在海洋、湖泊、水库等宽广的水面上都可能发生较大的波浪。
波浪理论的研究对于航运、筑港、海洋环境保护及海洋资源开发等都具有十分重要的意义。
为了正确计算海上建筑物的稳定性，合理地规划、设计和建造港口与海岸工程建筑物，合理估算港湾的冲淤或海岸的变迁，合理开发波浪能量等，都必须研究波浪的运动规律。
波浪现象的一个共同特征，就是水体的自由表面呈周期性的起伏，水质点作有规律的往复振荡运动。
这种运动是由于平衡水面在受外力干扰而变成不平衡状态后，表面张力、重力或科氏力等恢复力使不平衡状态又趋向平衡而造成的。
海洋中的波动可以按照干扰力、恢复力等多种方式分类，例如，按照引起波动的原因（干扰力）进行分类有：由风力引起的波浪，称为风浪（风成波）；由太阳和月球以及其他天体引起的波浪，称为潮汐波；由水底地震引起的波浪，称为海啸（津波）；由船舶航行引起的波浪，称为船行波等。
引起波动的最常见的因素是风，对风作用下的波浪，在波峰的迎风面上，水质点的运动方向与风向一致，会加速水质点的运动；在波谷的背风面上，水质点的运动方向与风向相反，会减慢水质点的运动，所以风浪的剖面往往呈前坡缓、后坡陡的不对称形状，如图14-1a所示。
当风停止后，由于惯性和重力的作用，波浪仍然不断地继续向前传播着。
当传播到无风的海区后，这个海区也会产生波浪。
这种波浪，波峰平滑、前坡与后坡大致对称，外形较规则，人们通常称它为涌浪，也叫余波。
其剖面形状如图14-1b所示。
图14-1波浪剖面示意图对于如图14-1b所显示的规则波浪的剖面，可以定义以下一系列名词和参量。
（1）波峰：波浪在静水面以上的部分；波顶：波峰的最高点。
（2）波谷：波浪在静水面以下的部分；波底：波谷的最低点。
（3）波高H：波顶与波底之间的垂直距离。
（4）振幅a：波高的一半。
（5）波长L：两个相邻波顶（或波底）之间的水平距离。
水力学讲稿(黄华版)2014(Anew3b)cankao_20140307132059资料
2020/6/26
19
此外，防波堤（包括固立式和浮动式）也属于
浅水海域中的大尺度近岸海工结构物。例如前 年启动的一个千万元级别的海洋工程重大项目 （2010年国家海洋公益性行业科研项目“新型 浮式防波堤关键技术应用示范”）所涉及的结 构就属于典型的大尺度海工物体。
2020/6/26
20
海
洋
石
油
钻
14
船 运 动 兴 波
2020/6/26
15
船 运 动 兴 波
2020/6/26
16
2020/6/26
17
2. 波浪问题的一般概念
② 波浪问题研究的工程应用背景
---- 海面上波浪最大高度可达二三十米，对船舶、采油平台和港 口等海工设施可能产生较大的破坏，因而需对波浪载荷加以确 定，对波浪的破坏作用加以预估。
---- 波浪传入浅水之后将引起海底泥沙运动，从而导致港口等海 岸建筑物附近海岸的淤积或冲刷及航道的淤积，甚至对岸堤上 建筑物的直接冲击和破坏。因而近岸波浪作用理论的发展十分 必要。
2020/6/26
18
例 大尺度海工结构波浪作用研究
随着人类对海洋开发的不断增长，海洋 结构物的建造尺度也在不断增大。例如在 海上石油钻井平台的设计中，很多都采用 大直径圆柱结构作为支撑物；在自升式重 力平台以及港口码头船锚锚碇的建造中， 通常采用大型沉块结构；在海洋半潜式平 台如水上码头或水上休闲运动场所和海洋 网箱的建造中，都要用到浮筒结构。
气 动 式 波 浪 发 电 设 施
2020/6/26
28
波能试验实例 震荡式波浪能发电装置---装置的原动力为
波浪冲击载荷，在波浪冲击载荷的作用下，通过门板与门板后 的挡板之间的相互配合使门板做往复运动。与门板固连的竖轴 与门板一起做往复转动，该竖轴通过锥齿轮与水平横轴连接将 竖轴的往复转动转换为水平轴的双向转动。水平轴的双向转动 输入通过本装置的一套棘轮机构转换为单向转动输出，单向转 动输出轴与链轮发条机构连接，并将能量贮存在发条中，发条 由控制电路控制并通过链传动与发电机相连最终实现本作品的 发电的功能。
海洋工程波浪力学教学设计
海洋工程波浪力学教学设计课程目标本课程主要介绍海洋工程波浪力学的基本理论、研究方法和应用技术，培养学生掌握波浪力学基本理论和方法，了解波浪应用技术的前沿和发展趋势，具有实际应用能力和创新能力。
教学内容1.波浪基本概念2.波形和波动方程3.一维波浪理论4.波浪测量和预测5.波浪与结构的相互作用及其应用6.海岸工程波浪问题教学方法1.讲授理论知识2.课堂练习3.讨论案例分析课堂设计第一节课教学内容•波浪基本概念•波形和波动方程教学目标•了解波浪基本概念和波形和波动方程的基本理论知识。
•掌握三种波的类型和波浪的频率、波速等基本特性。
教学方法1.讲授理论知识2.课堂练习3.讨论案例分析教学流程1.引入：让学生了解海洋工程波浪力学的基本概念和重要性。
2.讲解波的基本概念和术语。
3.介绍三种波的类型和波浪的频率、波速等基本特性。
4.解释波形和波动方程的概念和意义。
5.让学生完成几个练习题，检验掌握程度。
第二节课教学内容•一维波浪理论•波浪测量和预测教学目标•了解一维波浪理论和波浪测量和预测理论。
•理解波浪预测的方法和技术。
教学方法1.讲授理论知识2.课堂练习3.讨论案例分析教学流程1.引入：让学生了解One-dimensional Wave Theory的产生背景和意义。
2.讲解一维波浪理论的基本原理。
3.介绍波浪测量和预测的方法和技术。
4.分析波浪预测的实际应用和前沿。
5.让学生完成几个练习题，检验掌握程度。
第三节课教学内容•波浪与结构的相互作用及其应用•海岸工程波浪问题教学目标•了解波浪与结构的相互作用及其应用。
•掌握海岸工程波浪问题解决的方法和技术。
教学方法1.讲授理论知识2.课堂练习3.讨论案例分析教学流程1.引入：让学生了解波浪与结构相互作用及其应用的数量和重要性。
2.介绍波浪与结构相互作用的基本原理。
3.讲解海岸工程波浪问题的解决方法和技术。
4.分析波浪与结构相互作用及其应用的实际应用和前沿。
5.让学生完成几个练习题，检验掌握程度。
波浪载荷讲义
{
S
}
{
D
}
{F (t )} = {F S (t )} + {F D (t )}
& & & (t )} + [ B]{η (t )} + [C ]{η(t )} = { f (t )} = { f }e iωt ([ M ] + [ A]){η
(3.1.10)
其中，流体静力载荷可由船舶静力学给出；流体动力载荷则需按线性势流理论进行计算。 经整理，船舶在规则波中的运动微分方程有如下形式： (3.1.11)
维理论61451定解条件61452分布源积分方程的导出62453二维时域格林函数的数值计算63454应用高速细长体理论的数值实例64参考文献67第五章波浪载荷预报51线性波浪载荷情况511短期预报512长期预报52非线性波浪载荷情况521短期预报522长期预报53波浪载荷的极值预报54非线性波浪载荷长期极值的简化计算第六章砰击载荷61砰击的类型与危害62二维水动力冲击理论63二维水动力冲击理论的演变与发展631wagner拟合理论的推广632二维水动力冲击的数值计算方法6321完全非线性求解的物体入水冲击理论6322广义wagner的简化求解物体入水冲击的理论6323以上两种理论的总结及其它一些数值求解633楔形体入水冲击的水弹性理论634平底入水冲击的气垫效应64二维水动力冲击理论的试验研究与理论计算的比较验证641庄生仑博士的系列试验研究642marinter的试验研究643国际性比较研究65船舶砰击的实用计算651发生砰击的条件652砰击次数与砰击概率653砰击时的水动压力654砰击时的水动力655船体对砰击的整体响应第七章波浪载荷设计值71确定波浪载荷设计值的原则72剖面波浪载荷的设计值73低频波浪载荷分量之间的组合74砰击载荷的设计值75极限强度校核中的波浪载荷76疲劳强度分析中的波浪载荷第八章船舶波浪载荷的试验研究81实船试验及模型试验的必要性和意义82实船海上试验821短期试验1常规的运动和载荷响应试验2高速高浪级下的砰击响应试验822中期试验1essexcva9航母试验2sealand集装箱船试验823长期试验极值应变仪的随船长期实测83水池模型试验831相似理论及船模设计832典型水池模型试验介绍8321传递函数试验及短期响应研究1s175集装箱船模试验2驱逐舰型船模试验8322非线性波浪载荷的水池模型试验1wigly船型的试验2首特大外飘船模的试验第三章波浪中的船舶运动与三维线性势流理论三维线性势流理论是深入研究船舶在波浪中的运动与波浪载荷特性所必备的基础知识
流体力学 第七章 波浪理论
第七章波浪理论课堂提问：为什么海面上“无风三尺浪”船舶与海洋工程中：船舶摇摆和拍击，船舶稳性，兴波阻力。
沿岸工程中：波浪对港口、防波堤的作用。
离岸工程中：钻井平台，海工建筑、海底油管等水波起制约作用的物理因素是重力，粘性力可略而不计，因此可用理想流体的势流理论来研究波浪运动的规律。
本章内容:着重介绍小振幅波（线性波）理论,相关内容为：1.小振幅波的基本方程和边界条件2.波浪运动的有关概念（波速、波长、周期、波数、频率、深水波、浅水波等）3. 流体质点的轨道运动4. 前进水波中的压力分布5. 波群与波群速6. 船波7. 波能传递与兴波阻力7-1 微振幅波的基本方程与边界条件§一简谐前进波沿ｘ轴正向移动,h—水深（从平均水平面到底部的距离）η（x , t）—自由面在平均水面以上的瞬时垂直距离ａ—振幅Ｈ—波高，对于小振幅波 H = 2aＬ—波长（两相邻波峰或波谷间的距离）Ｔ—周期（固定点处重复出现波峰（或波谷）的时间间隔，或波形传播一个波长所需的间。
Ｃ—波速，或相速度（波阵面的传播速度） C = L/T （7－2）ｋ—波数（2π距离内波的数目）K = 2π／L （7－3）σ—圆频率（2π时间内波振动的次数)σ＝2π／T （7－4）微振幅波理论的基本假设１.理想不可压缩流体，重力不能忽略；２.运动是无旋的，具有速度势；３.波浪是微振幅波（线性波），即Ｈ<<Ｌ （7-5） 速度势φ（x ，z ，t ），满足xz v x v z ϕϕ∂=∂∂=∂ （7-6）且满足Laplace 方程：22220x zϕϕ∂∂+=∂∂(, )h z x η-<<-∞<<+∞ （7-7）底部条件(不可穿透条件）:0z v z ϕ∂==∂（ z = -h ） （7-8）自由表面边界条件：1z g t ηϕη=∂=-∂（7-10）令z=η,自由表面上相对压力p=0。
为使边界条件线性化，假定速度平方v ２→0 而得到。
海洋力学的波浪动力学模拟
海洋力学的波浪动力学模拟海洋力学涉及海洋中各种力学现象的研究，波浪动力学模拟是其中的一项关键技术。
通过模拟波浪的动力学行为，我们可以更好地理解海洋中的波浪形成和传播规律，为海洋工程、海洋资源开发等领域的设计和决策提供基础依据。
一、波浪动力学模拟的背景海洋是地球表面近三分之二的面积，其波浪现象广泛存在于海洋中的复杂环境中。
波浪动力学模拟的研究旨在解析波浪的形成机制、传播过程和相互作用，以及其对海岸线侵蚀、海洋能源利用等方面的影响。
二、波浪的基本特性波浪是一种传播能量的现象，可以分为长周期波、中周期波和短周期波。
对于波浪动力学模拟而言，我们主要关注以下几个方面的特性：1.波高：波浪顶部到波槽或水平线的峰值距离。
2.波长：波浪连续波峰之间的距离。
3.频率：波浪通过某一点的数量在单位时间内的计数。
4.周期：波浪通过特定点所需的时间。
三、波浪动力学模拟的方法1.线性理论模型线性理论模型是最基本的波浪动力学模拟方法之一。
该模型基于波浪的线性性质，适用于短周期波浪的模拟。
通过线性方程组求解，可以得到波浪的波高、波长等参数。
2.非线性浅水理论模型非线性浅水理论模型适用于波浪的非线性传播情况。
通过求解非线性浅水方程，可以获得更准确的波浪形态和传播速度。
3.数值波浪现象模拟数值波浪现象模拟是一种基于计算机模拟的方法，通过离散化、差分或有限元等数值计算技术，模拟波浪的动力学行为。
该方法可以考虑更多的实际因素，如海床形态、海洋流场等，对波浪的模拟结果更为准确。
四、波浪动力学模拟的应用领域1.海岸工程设计波浪动力学模拟可以为海岸工程设计提供关键参数，如波浪冲击力、波浪力矩等。
通过模拟不同情况下的波浪动力学行为，可以预测海岸线侵蚀情况，指导防波堤、海堤等工程物的设计。
2.海洋能源利用波浪动力学模拟也是海洋能源利用领域的重要工具。
通过模拟波浪的传播和相互作用，可以评估波浪能量资源，并设计合适的波浪能发电设备。
3.海洋资源开发海洋资源开发中，波浪动力学模拟可以帮助我们了解波浪对海洋生态环境的影响，指导海洋渔业、海底矿产资源开发等活动。
海洋工程环境课件第5章 海洋波浪
5.1.2 海浪要素
海浪要素用于对海浪特征进行描述，主要有波高、振幅、周期、波长与波速等。
1．规则波的海浪要素
规则波是一种对海浪传播形式的理想化处理，具有二维波动特点，通常假定波浪以一 定的周期、波长和波高在一定水深中传播，从而可建立数学模型描述其波动-2 为用余弦曲线描述的余弦波波剖 面，简谐波中的水质点围绕其平衡位置作圆周运动（深水波） 。
2
化，具有明显的三维特性。 在风停止后，或风浪离开风的作用海域时，风浪并未消失，而是在自身重力的惯性作 用下继续向前传播并发展形成涌浪。 由于这种传播受到海水内摩擦阻力及空气中摩擦阻力的 影响，消耗了其波能，波高逐渐减小。波浪的这种衰减具有选择性，波长小、周期短的波浪 将因衰减快而很快消失，最后剩下波长很大、周期很长的波浪。涌浪的波形外观较规则，波 面较平缓，波峰线较长，二维特性较明显。涌浪的传播速度普遍比风速快，有时因比台风移 动速度快而先行抵达海岸边，这时称之为先行涌。其波长、波速及周期在传播过程中逐渐增 大。 另外，在海洋中若风浪与涌浪同时存在而叠加就会形成混合浪。 海浪的运动形态将因所处水深不同而不同，一般以波长的一半作为划分深水波( Deep Water Wave)与浅水波(Shallow Water Wave)的水深分界线。 “水深>1/2 波长”属于深水区内传 播，海底摩擦的影响可忽略不计，其波浪形态基本保持不变；在“水深<1/2 波长”区域内 的波浪属于浅水区内传播，此时存在海底摩擦影响，水分子作椭圆运动，由于在浅水区域受 到海岸地形及海洋工程的影响，波浪在传播中会发生波浪折射、绕射、反射及破碎等现象， 造成浅水区内波浪的传播形态及尺度等发生变化，传播特性与传播现象比深水波复杂。
周期最小的毛细波 (Capillary Wave) 是由水的表面张力控制下的波动，其波高≤ 1 ～ 2 mm，波长最大约 1.7 cm，相对能量很小，在海洋工程结构物的设计与运动分析中可不需考 虑。对海洋工程结构物影响最大的波动是海面重力波(Surface Gravitational Wave)，它受海面 风的作用而引起，然后在重力这个恢复力的作用下做垂直振荡，具有巨大的能量。根据观测 记录，波动周期在 1～30 s 期间的海浪占到海面观测海浪中的大部分，并且这部分海浪的波 动能量极大，是船舶、平台等海洋工程结构物结构受损与变形破坏的主要因素，因此海洋结 构物必须设计成能抵御各种风浪作用， 海浪成为海洋工程结构物在设计施工中必须考虑的环 境载荷条件之一。此外，周期长于 5 min 的长周期波将带来海面水位较大的垂向升降变化， 这主要有由风暴及海底地震等引起的风暴大潮与海啸波以及由天体引潮力引起的潮波 ( TidalWave)。潮波等长周期波带来的水位变化主要影响海洋结构物的设计高程，需收集统 计资料并作长期预测， 是海洋工程结构物在设计施工中必须考虑的因素之一， 风暴潮和海啸
海洋环境与钻采工程 第三章 波浪与波浪载荷
第三章 波浪与波浪载荷第一节 概述一 有关坐标系和特征参数1 坐标系的建立2 波浪要素波峰；波谷，波高，波长，周期，圆频率无量纲参数：波陡（Ｈ／Ｌ），相对波高（Ｈ／d ），相对水深（d/Ｌ）——浅水度 3 波浪要素的统计分布规律 •平均波高•部分大波平均波高⎪⎭⎫ ⎝⎛101311H H H P和常用的有•波列累积率F%的波高•波高与周期联合分布4 我国各海域大浪分布规律 重力波：风浪和涌浪及近岸波（海浪） 产生原因：风 海 啸 地 震 海面震荡 气压变化 潮 波 重力、科式力三、波浪理论1 规则波浪理论（对单一波浪的研究） 线性波浪理论（微幅波、Airy 波、正弦波） 非线性波浪理论（有限振幅波）Ｓtokes 波浪理论；孤立波浪理论；椭圆余弦波浪理论。
2 随机波浪理论（对过程的研究）谱描述理论第二节 线性波浪理论一、基本方程和边界条件假设：流体是理想均匀的，不可压缩的，无粘性的理想流体，其运动是无旋的。
从以上假设有：w zv y u x V Rot t=∂∂=∂∂=∂∂==∂∂φφφρ::0:0kzj y i x u u kzj y i x zu y u x u V ky u x u j x u z u i z u y u V V Rot z y x x y z x y z∂∂+∂∂+∂∂=∇=∂∂+∂∂+∂∂=∇∂∂+∂∂+∂∂=•∇⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂=⨯∇=φφφφφφ的剃度，即函数写成某个标量：将矢量函数速度势算子： 基本方程１）连续方程0)(=∇+∂∂V t ρρ２）动力学方程P F dt Vd ∇-=ρ1其Ｌagrange 积分：0)(21222=+-++++∂∂gz Pat P w v u t ρφ Ｐat 为大气压力。
2 边界条件 １）动力学边界条件0)(21222=++++∂∂ηφg w v u t （1） 海底：d z z w -=∂∂=φ（2）海面：ηηφηφηηφ==∂∂∂∂+∂∂∂∂+∂∂=∂∂z z yy x x t z （3）从上述方程中可看出，部分条件是非线性的。
海洋物理学中的海浪与海洋动力学相互作用研究
海洋物理学中的海浪与海洋动力学相互作用研究在海洋物理学研究领域中，海浪与海洋动力学的相互作用一直是一个重要的课题。
海浪是指由于风力作用在海洋表面上形成的起伏波纹，而海洋动力学则研究了其它海洋力学过程，包括洋流、海洋混合层、海洋温盐度等方面的变化。
本文将重点探讨海浪与海洋动力学相互作用的研究进展和相关应用。
一、海浪的形成与传播海浪是海洋中最为常见的波浪现象，其形成是由于风力作用引起的。
当风吹向海洋表面时，由于风力的作用，水面上的水分子会受到推动而产生波动。
随着风力的不断作用，这些波动逐渐累积形成了海浪。
海浪传播的过程可以分为两个阶段：大洋传播和近岸传播。
在大洋传播阶段，海浪的波长较长，周期较大，波浪能量传播较远。
而在近岸传播阶段，由于深度变浅，波浪开始受到水底摩擦的影响，波长变短，波浪高度增加。
这个过程中，海浪与海洋动力学之间的相互作用开始显现出来。
二、海浪对海洋动力学的影响海浪对海洋动力学的影响主要表现在以下几个方面：1. 海浪与海洋流动的相互作用：海浪的存在会对海洋流动产生影响。
首先，波动的表面会使得海洋流动产生涡旋结构，从而影响水体的流动速度和方向。
同时，海浪还会对海洋表面产生压力，从而在表面形成浪垄和浪谷，进一步改变了海洋流动的特性。
2. 海浪对海洋混合层的影响：海洋混合层是海洋表面至海洋中层之间的混合区域，其中包括海水的温度、盐度等物理性质的变化。
海浪的存在能够增加海洋混合层的混合程度，从而影响海水的温度和盐度分布。
这对于海洋生态系统和气候变化等具有重要的影响。
3. 海浪对海洋沉积过程的影响：海浪的存在能够改变海洋沉积物的输运和沉积过程。
海浪的作用下，岸边的悬浮沉积物会被搬运到近岸区域，形成海洋沉积物的堆积。
同时，海浪的侵蚀作用也使得海底的沉积物被重新悬浮并输送到其他地区。
三、海浪与海洋动力学相互作用的研究方法为了研究海浪与海洋动力学的相互作用过程，科学家们采用了多种方法和工具。
其中包括：1. 模型实验：通过设计合适的实验设备，模拟海浪与海洋动力学的相互作用过程，观察和记录相关参数的变化，以推测其相互作用机制。
流体力学第6章 水波理论ppt课件
工程流膂力学
6.1 二维动摇的数学表达
6.1.1 动摇方程
将坐标原点取于静止水面上，沿波传播方向程度轴
为 x 轴，z 轴为铅垂向上，静水外表 z 0 ，在数学中，
二维的动摇方程普通方式是
zf(xc)t
假设zf (x) 是一正弦曲线〔或者余弦曲线〕，那么 称之为简谐前进波〔简称谐波〕
工程流膂力学
2π
2π kc
kc
T
dx c
dt
波速与波长的关系如图6.3所示。
c gd
深水波
c=
gλ
2π
浅水波 c= gd
1 gd 2
0 2d 4d 6d 8d 10d 12d 14d λ 图6.3 波速与波长的关系
工程流膂力学
3.质点运动速度
uxAc0gekzcosk(xct)A0ekzcoskxt wzAc0gekzsink(xct)A0ekzsinkxt
工程流膂力学
将质点速度代入迹线微分方程并积分，得轨迹方程
A0co(sxh s ikn(xhz0k0)d2d)2A0si(nzhs ikn(zhz0k0)d2 d)2 1
显然这是一个椭圆方程，阐明在波浪运动中，水质点的
运为波动长，轨半由迹 轴 于k是 ，dA以0 sin平hsikn衡，(hzk0d位那d置么) 为长短x、0 ,半z短0轴 半为的轴中椭均心圆趋，。向以对于AA于00 ecko无zs0hsikn限(hz，k0水d所d深)以
相境对条于件引波 线进长 性微化幅，波为从假小而定量在。，求所或解谓A上微0 较幅 1为波，简，它单是使。指得动自摇在的外振表幅上A边0
对于微幅波可作如下三个假设：
1
(1)质点运动速度很小，2
水波动力学及波浪载荷
Stokes波理论；浅水波理论；余摆线波理论；流函数理论；破碎波；波浪理论的比较
第四章作用在固定结构上的波浪力
Morison方程；作用在固定大型结构上的波浪力；Morison方程与绕射理论的关系；自由表面的影响；垂直墙上的波浪压力
第五章作用在漂浮体上的波浪力
作用在铰接培上的波浪力；切片理论；确定流场速度势的数值方法；二阶波浪力；
学分：2
先修课程要求：
课程组教师姓名
职称
专业
年龄
学术专长
王先洲
讲师
船舶与海洋工程
37
流体力学
冯大奎
讲师
船舶与海洋工程
34
流体力学
张志国
副教授
船舶与海洋工程
50
流体力学
教学大纲：（章节目录）
Hale Waihona Puke 第一章绪论数学基础；基本坐标系和基本方程；问题的分类
第二章线性表面波
线化边值问题的建立；线化水波问题的一些简单近似解；波能和群速度；Fourier变换和点源解
课程名称：水波动力学及波浪载荷
课程代码：140.503
英文名称：Wave dynamics and wave load
课程类型：■讲授课程□实践（实验、实习）课程□研讨课程□专题讲座□其它
考核方式：考试
教学方式：讲授
适用专业：船舶与海洋结构物设计制造、水下工程
适用层次：硕士■博士□
开课学期：
总学时/讲授学时：32/32
第六章不规则波理论及结构响应统计
不规则波理论概述；结构响应统计；波群谱和二阶力谱
教材：
李远林，波浪理论及波浪载荷，广州:华南理工大学出版社, 1994
海洋工程波浪力学课程设计
海洋工程波浪力学课程设计一、引言波浪力学是研究波浪的运动规律和力学特性的学科，是海洋工程学中极为重要的一部分。
波浪力学不仅涉及到海岸线的稳定性、海洋深海工程、海上风电、海底管道等问题，还涉及到海洋能资源的开发和利用、海洋环境保护等方面。
因此，深入了解波浪力学对于海洋工程专业的学生来说非常必要。
本文主要针对海洋工程波浪力学课程设计进行介绍，将从理论教学和实践操作两个方面进行分析、介绍和讲解。
二、理论教学1.课程大纲本课程主要内容分为两个部分，第一部分为波浪运动的理论分析，第二部分为波浪力学的实践应用。
第一部分：波浪运动的理论分析1.波浪的基本概念和波浪的类型；2.波形描述和波浪运动方程；3.波能传播和波的能量；4.常见海面波浪谱的特征分析；5.波的反射、折射、衍射与干扰现象等。
第二部分：波浪力学的实践应用1.波能利用技术和发展现状；2.波浪力学在海洋结构物设计中的应用；3.海洋测量中的波浪力学；4.海岸工程中的波浪力学与海岸保护。
2.教学方法本课程主要以讲授为主，辅以实践操作。
在理论分析的基础上，通过实践操作使学生更加深入了解波浪力学，并能在实践中运用理论知识。
三、实践操作1.实践环节的主要内容本课程实践环节主要包括以下内容：1.测量波浪的传播和变化；2.分析常见海面波浪谱的特征；3.计算波浪能量和波力；4.分析波的反射、折射、衍射和干扰现象；5.设计适合不同海况的海洋结构物。
2.实践操作的具体流程1.准备工作：制定实践计划，调查海区情况，选择实验地点并安排实验仪器。
2.测量波浪的传播和变化：根据所选实验地点，选择测量仪器，进行波峰高度、波场波纹、波长、传播方向等的测量。
3.分析常见海面波浪谱的特征：根据测量结果，通过软件处理分析相关数据，得出海面波浪谱的特征。
4.计算波浪能量和波力：通过波浪理论公式，结合实测数据计算出波浪能量和波力的大小。
5.分析波的反射、折射、衍射和干扰现象：结合实测数据，对波的反射、折射、衍射和干扰现象进行分析。
海洋工程波浪力学
中国海洋大学本科生课程大纲课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修一、课程介绍1.课程描述海洋工程波浪力学，是研究波浪理论及波浪对海洋工程结构物的作用力的一门科学，是船舶与海洋工程专业的学科基础必修课程。
本课程针对船舶与海洋工程专业三年级学生进行开设，主要学习线性波浪理论、非线性波浪理论、随机波浪理论以及小尺度、大尺度结构物波浪作用力的计算方法等。
通过课程学习，要求学生掌握线性波浪理论及小尺度结构物波浪力的计算方法，能够利用这些理论及方法对实际问题进行建模、分析和求解，进而提升对波浪力学的理解，为海洋平台等结构物的设计奠定基础。
This course focuses on the wave theory and wave loading acted on the offshore structures, which is a fundamental, necessary subject for students from Naval Architectural and Ocean Engineering. This course will introduce wave theories, including the linear wave theory, nonlinear wave theory and stochastic wave theory. Meanwhile, the wave forces acted on the structures of small- and large-dimensions will be introduced. It will provide students with tools to deal with wave motion and wave action on offshore platforms and pipelines, which is very important for learning follow-up subjects such as designing of offshore- 5 -structures.2.设计思路本课程以波浪理论和波浪力计算为主线，结合工程实际问题进行多媒体授课，为海洋平台结构等课程设计提供波浪荷载数据。
海洋工程水动力学
中国海洋大学本科生课程大纲一、课程介绍1. 课程描述：海洋工程水动力学是船舶与海洋工程专业的一门学科基础课程。
本课程将介绍一些基本的水动力概念，讲解风、浪、流等作用于海洋工程结构的载荷特征与计算方法，介绍典型海洋工程结构水动力学特性、海洋工程结构在海洋环境载荷作用下的动力响应及其计算方法。
Hydrodynamics of Offshore Structure will explain some basic concepts of hydrodynamics, introduce calculation methods of sea loads on typical marine engineering structures, and introduce the hydrodynamic characteristics of offshore platforms, the dynamic response of marine engineering structures and the methods.2. 设计思路：海洋工程水动力学课程的设置参考了国内相关高校船舶与海洋工程专业培养计划和教学大纲，是本专业的特色课程，可为学生学习其它专业课以及今后从事船舶与海洋工程结构设计、操作等相关工作提供一定的概念、理论与方法支撑。
课程将涉及风浪流载荷计算、势流理论、固定/浮式平台结构水动力分析与响应计算等，要求学生了解其中的专业概念，了解相应的计算方法或设计思路。
- 3 -3. 课程与其他课程的关系海洋工程水动力学需要以流体力学、海洋工程波浪力学为先修课程，学生只有掌握了流体力学、波浪力学相关的一些概念和方法后，才能更好地学习本课程。
同时，本课程可为海洋平台系泊系统设计、深海工程装备技术、深海工程课程设计、深海工程水动力学数值仿真等课程提供基础概念、理论与方法支撑。
4. 对毕业要求指标点的支撑和支撑强度对船舶与海洋工程专业的学生的工程知识、设计/开发解决方案、研究以及终身学习等方面的能力要求具有较强的支撑。
水波动力学
Hydraulics and Fluid Mechanics Laboratory, Wuhan University
p7
波浪基本特征：波高、波长、波数、圆频率和周期
图 4 水波自由面示意
Hydraulics and Fluid Mechanics Laboratory, Wuhan University
非线性项
∂η ∂η ∂ϕ ∂ϕ + − = 0, ∂t ∂z ∂x ∂x z =η
3）波流场左、右两端面的边界条件：
ϕ ( x , z , t ) = ϕ ( x − ct , z )
水波动力学定解问题（数学模型）
Hydraulics and Fluid Mechanics Laboratory, Wuhan University
2 微幅有限水深行进波
2.1 基本方程和边界条件 2.1 基本方程和边界条件
水波运动基本假设 流体是均质和不可压缩的理想无粘性流体； 自由水面的压力为常数； 水流运动是无旋的； 海底水平、不透水； 流体上的质量力仅为重力； 波浪属于平面运动，即在xoz平面内作二维运动。
Hydraulics and Fluid Mechanics Laboratory, Wuhan University
d 2Φ( z ) − kΦ ( z ) = 0 2 dz
此二阶常微分方程的通解为：
Φ ( z ) = A exp(kz ) + B exp(−kz )
其中A,B 是积分常数。将此式代入速度势函数的表达式中，运用边界条 件确定积分常数后，最后得到：
gH cosh k ( z + h) ϕ ( x, t ) = sin( kx − σt ) 2σ cosh kh
水波动力学特性与海岸工程研究
水波动力学特性与海岸工程研究摘要水波动力学特性是海岸工程设计和研究中的重要内容。
本文从水波的基本概念和理论入手，探讨了水波的传播、反射、折射等基本特性，并重点研究了海岸工程中常见的水波参数，如波高、波长、波速等。
同时，本文还介绍了水波对海岸工程的影响，包括水平运动力、垂直运动力等。
最后，本文还总结了当前水波动力学特性与海岸工程研究的主要问题和挑战，并展望了未来的研究方向。
1. 引言水波是指水面上的波动现象，是自然界中常见的现象之一。
水波动力学研究的目的是揭示水波的基本规律和特性，以及探索水波对海岸工程的影响。
水波动力学特性与海岸工程紧密相关，对于海岸工程的设计、建设和维护均具有重要意义。
本文将从水波的基本概念和理论入手，深入探讨水波动力学特性与海岸工程的研究。
2. 水波的基本概念和理论2.1 水波的定义水波是指在水面上传播的波动现象，由风力、地震和潮汐等因素引起。
水波是一种机械波，其传播过程中有能量的传递和波动点的传播。
2.2 水波的传播特性水波的传播特性主要包括传播方向、传播速度、传播范围等。
水波的传播方向与波源、传播介质、外界环境等因素有关。
水波的传播速度与波的性质以及传播介质的性质有关。
水波的传播范围与波源的强度、传播介质的性质等因素有关。
2.3 水波的反射和折射特性水波在遇到障碍物时会发生反射和折射现象。
水波的反射是指波从障碍物的界面上反射回来的现象。
水波的折射是指波从一种介质传播到另一种介质时发生的方向改变的现象。
水波的反射和折射特性是海岸工程设计中需要考虑的重要问题。
3. 海岸工程中的水波参数3.1 波高和波长波高是指波峰和波谷之间的垂直距离，波长是指相邻两个波峰或波谷之间的水平距离。
波高和波长是描述水波大小和水波形态的重要参数。
3.2 波速和波频波速是指波动点在单位时间内通过的距离，波频是指单位时间内通过的波动点个数。
波速和波频是描述水波传播速度和频率的重要参数。
3.3 波浪周期波浪周期是指波浪形态从一个波峰到相邻的下一个波峰所需的时间。
第二章-波浪理论
2
z0 0
时，短轴 H 长轴 H cosh kd H coth kd
2
2 sinh kd 2
3 d ，短轴为：H sinh k(z0 d) H
2 sinh kd
2
长轴为：H cosh k(z0 d) H coth kd H
2 sinh kd
2
2
• 六 动压力
• 一阶动压力
p
t
1 2
阶波波长L和波速c，波面 ，水质点最大水平速度umax 和最大水
a 平加速度 x max 沿垂线的分布。
• 解如下方程：
H
d
(
1 d
)
[
3B33
5
( B35
B55 )]
L
d L0
d L
thkd[1
2C1
4C2
]
• 得波长L=130.35m，系数 0.1099
•
波速c= L /T 11.85m / s ，波数 相对水深： d L 0.1228
• 在水面 z0 0 ，
U
H2 4
k 2c0
表明：迁移速度在自由水面处最大，平均迁移速度随深 度按指数规律减小。
• 6 破波极限 波陡 H / L增加，波峰越尖锐， 波陡增至某一极限时，波峰附近出现波面破碎，出现浪花。 波峰附近水质点最大水平速度和波速相等时出现破碎。 米西给出极限波陡：
(H L
k 2 L 0.0482
根据相对水深查stokes5阶波系数表或据系数公式计算各系数
B22 2.3752 B33 5.2092 B44 12.2820 B24 2.6003 B35 1.1124 B55 31.4216 A11 1.1765 A22 0.71886 A35 0.80561 A13 4.6672 A24 3.9318 A44 0.034297 A15 9.8128 A33 0.29856 A55 0.060405
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
课程代码：140.503
英文名称：Wave dynamics and wave load
课程类型：■讲授课程□实践（实验、实习）课程□研讨课程□专题讲座□其它
考核方式： 考试
教学方式：讲授
适用专业：船舶与海洋结构物设计制造、水下工程
适用层次：硕士■博士 □
开课学期：
总学时/讲授学时：32/32
第三章非线性表面波理论
Stokes波理论；浅水波理论；余摆线波理论；流函数理论；破碎波；波浪理论的比较
第四章作用在固定结构上的波浪力
Morison方程；作用在固定大型结构上的波浪力；Morison方程与绕射理论的关系；自由表面的影响；垂直墙上的波浪压力
第五章作用在漂浮体上的波浪力
作用在铰接培上的波浪力；切片理论；确定流场速度势的数值方法；二阶波浪力；
学分：2
先修课程要求：
课程组教师姓名
职 称
专 业
年 龄
学术专长
王先洲
讲师
船舶与海洋工程
37
流体力学
冯大奎
讲师
船舶与海洋工程
34
流体力学张志国来自副教授船舶与海洋工程50
流体力学
教学大纲：（章节目录）
第一章绪论
数学基础；基本坐标系和基本方程；问题的分类
第二章线性表面波
线化边值问题的建立；线化水波问题的一些简单近似解；波能和群速度；Fourier变换和点源解
刘应中，船舶在波浪上的运动理论，上海：上海交通大学出版社,1994
梅强中,水波动力学,北京：科学出版社,1984
第六章不规则波理论及结构响应统计
不规则波理论概述；结构响应统计；波群谱和二阶力谱
教材：
李远林，波浪理论及波浪载荷，广州:华南理工大学出版社, 1994
主要参考书：
黄祥鹿、陆鑫森，海洋工程流体力学及结构动力响应，上海:上海交通大学出版社, 1992
O.M.Faltinsen，船舶与海洋工程环境载荷，上海：上海交通大学出版社,2008