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潜堤对随机波浪非线性特征量影响的数值研究
| 论文题名： | 潜堤对随机波浪非线性特征量影响的数值研究 |
| 关键词： | 随机波;潜堤;非线性特征量;小波分析 |
| 摘要： | 随着地球人口增多，陆地资源日益紧张，海洋资源的开发需要愈发迫切。对近海工程而言，近海和临海区域的波浪特征是开展工程设计、建设和维护的先决条件。当波浪向浅水传播时，其运动迥异于深水。波浪成份之间会发生很强的非线性相互作用，波浪的波长、波速等要素及波浪的非线性特征量会发生变化。潜堤是近岸区域常见的地形，以往研究表明波浪在潜堤上的传播变形非常复杂，充分了解波浪在潜堤上的演化特征对实际工程具有很强的指导意义。 利用非静水压力模型 SWASH模拟波浪，通过与物理模型实验数据和理论解对比，验证了该模型的有效性。模拟随机波在潜堤地形上的传播，研究堤顶长度对波浪非线性特征量的影响，发现在到达潜堤顶端后，波浪的非线性相互作用仍在发展，波面参数需要传播3倍谱峰波长左右的距离才能达到一个稳定值。堤顶长度对偏度、峰度和Ursell数的值影响不大，但是对不对称度的值有一定影响。另外，讨论了变浅区、堤顶、反变浅区内峰度与偏度的关系，不对称度、偏度与Ursell数的关系，并对比、参照前人的公式，给出了相应的公式修正。 此外，以潜堤地形为近岸浅水域的简化模型，探究浅水畸形波的生成机制。由物理模型实验及数值模拟结果统计知，堤顶左端附近畸形波出现的概率最大。分析畸形波出现前后时段的波面时间过程线，发现畸形波发源于一个波群中，该波群向浅水传播的过程中，其中的一个大波演变成畸形波。利用带通滤波分析及小波二阶相关谱分析对比畸形波生成和演化过程中波浪组成成份的变化，发现瞬时的高频成份与畸形波出现和消失紧密相关。利用小波能量谱分析等方法，研究畸形波出现前后的能量时-频结构变化，发现高阶谐波的产生及高频成份间的相位同步导致了畸形波的出现。最后，利用高斯函数设计独立波群及双波群，并设计 chirp波群模拟畸形波的生成。总结认为，近岸浅水畸形波的生成是高阶谐波与变浅同时作用的结果，畸形波的生成含有波浪的线性聚焦与非线性相互作用的双重因素，而非线性相互作用更占据主导。 |
| 作者： | 都倩南 |
| 专业： | 港口、海岸及近海工程 |
| 导师： | 马玉祥 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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