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原文传递近岸流的三维数值模拟研究

论文题名：	近岸流的三维数值模拟研究
关键词：	近岸流;二阶斯托克斯波;二阶椭圆余弦波;辐射应力;三维水动力模型;数值模拟
摘要：	在海岸地区，准确预测近岸地区的水流运动对于泥沙输运、海岸演变与环境等问题的研究具有重要意义，而近岸水流的运动受到各种因素的影响，特别是波浪动力较强时，合理预测近岸水流运动必须准确描述波浪的作用。以往研究大多数是在对波浪的影响，例如波浪辐射应力、波浪破碎产生的表面应力和波流共同作用下的底部切应力等做出许多简化假设或者在未能全面考虑这些影响因素的条件下得到的。因此，在合理、全面地考虑波浪影响的基础上建立三维近岸水流模型，并对波浪作用下的近岸流场进行研究，在学术上和工程应用上均有重要意义。　　本文首先基于二阶斯托克斯波和二阶椭圆余弦波理论推导了非线性波辐射应力垂向分布，并讨论了其分布规律；其次引入ELCIRC三维水流模型和REFDIF波浪模型，将包含非线性波辐射应力垂向分布、波浪破碎水滚应力、波流共同作用下的床面摩阻引入到三维水流模型中，建立了可以描述复杂近岸波生流系统的近岸三维水动力模型，并利用已有波浪增减水、近底回流和沿岸流实验数据对该模型进行了验证。　　基于上述近岸三维水动力模型，本文分别详细研究了近岸流中的沿岸流与裂流现象。沿岸流现象数值模拟研究结果表明波浪作用下沿岸流的分布受到入射波高、入射角度和岸滩地形坡度的影响并呈现如下分布规律：随着波浪入射波高的增大，沿岸流的速度和影响范围也越大；当波浪入射角度达到45°时，沿岸流的速度达到最大值；缓坡上沿岸流普遍大于陡坡上沿岸流的影响范围，陡坡地形上的沿岸流分布比较集中。裂流现象计算结果表明波浪作用下裂流的分布受到入射波高、入射角度和驼峰高度的影响并呈现如下分布规律：随着入射波高的增大，裂流的存在范围越大，速度也相应增大；在正弦地形上波浪斜向入射时会产生沿岸流和近岸环流。正弦地形的振幅越大，即驼峰高度越大，在裂流沟处产生的裂流速度越大。
作者：	吴相忠
专业：	港口、海岸及近海工程
导师：	张庆河
授予学位：	博士
授予学位单位：	天津大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文