一种适用于非均匀地形的高阶Boussinesq水波模型 被引量：39

1

作者 王本龙 刘桦 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 2005年第6期714-722,共9页

　推导了适用于变地形情况的高阶Boussinesq波浪模型·　该模型采用自由表面边界条件作为时间步进方程,利用势函数满足的Laplace方程的解析解形式建立了自由表面边界速度和底面边界速度之间的关系,使得问题封闭·　以0.5倍相对... 　推导了适用于变地形情况的高阶Boussinesq波浪模型·　该模型采用自由表面边界条件作为时间步进方程,利用势函数满足的Laplace方程的解析解形式建立了自由表面边界速度和底面边界速度之间的关系,使得问题封闭·　以0.5倍相对水深处的速度为基本未知量,在对Laplace方程解析解进行级数求逆时保留水深梯度的高阶项,改进了速度场的Taylor展开式·　对于线性特性,进行了线性浅化和Booij反射的验证性计算·　为了检验有背景流动情况下拓展的Boussinesq模型的性态,对波_流相互作用问题进行了数值模拟·　数值计算结果与现有理论解或其他完全势流的数值解吻合良好。 展开更多

关键词 高阶boussinesq方程 波流相互作用 变地形

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四阶Boussinesq模型验证及非线性精度对数值结果的影响 被引量：4

2

作者 刘忠波 邹志利 王诺 《海洋通报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第5期1-7,共7页

基于Madsen和Schffer(1998)给出的一组四阶Boussinesq模型,在非交错网格下基于有限差分法建立了一维数值求解模型。在时间步进上采用三阶Adams-Bashforth预报、四阶Adams-Moulton校正的格式,模型中引入了内部源项,这更有效地避免造波... 基于Madsen和Schffer(1998)给出的一组四阶Boussinesq模型,在非交错网格下基于有限差分法建立了一维数值求解模型。在时间步进上采用三阶Adams-Bashforth预报、四阶Adams-Moulton校正的格式,模型中引入了内部源项,这更有效地避免造波板二次反射问题。数值模拟了波浪在潜堤上的波浪传播变形,利用Luth等(1994)的实验数据来检验本文模型。在模拟Ohyama等(1994)的实验时,讨论非线性精度对数值结果的影响,结果表明高阶非线性对数值模拟波浪演变非常重要:非线性精度越高,其对比效果越好。 展开更多

关键词 boussinesq模型 非线性 波浪

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一种基于Boussinesq方程的近岸区破碎波模型 被引量：6

3

作者 李德筠 张伟 李绍武 《海洋工程》 CSCD 2000年第3期34-38,共5页

基于文献 [1]Bossinesq方程的近岸区破碎波模型基础 ,将数值模型中的波高衰减规律由假设改进为 Dally的解析公式 ,使近岸区破碎波模型的应用性更强。并将数值模型计算结果与现场实验资料进行对比 。

关键词 boussinesq方程 波浪破碎 数值模型 近岸区

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Boussinesq相位解析的海岸水动力学数学模型研究进展 被引量：12

4

作者 张尧 谢欣 +3 位作者 陶爱峰 王岗 陈新平 郑金海 《海洋通报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期481-493,共13页

由于在平衡计算效率和精度上具有优势,Boussinesq相位解析数学模型研究不断取得突破,已成为波浪和水流精细化模拟的较优解析方式,为海岸工程、环境、地质等问题提供了实用和高效的研究手段。本文对已有Boussinesq类模型的研究进行了评述... 由于在平衡计算效率和精度上具有优势,Boussinesq相位解析数学模型研究不断取得突破,已成为波浪和水流精细化模拟的较优解析方式,为海岸工程、环境、地质等问题提供了实用和高效的研究手段。本文对已有Boussinesq类模型的研究进行了评述,深入探讨其重要发展、实际应用和理论瓶颈,从高阶非静压修正、GPU准三维高性能算法编译、波浪破碎和泥沙运移沉积等4个方面提出未来可能的科学突破方向。 展开更多

关键词 Boussineq模型 高阶 波浪破碎 数值模拟 高性能计算 海岸动力 海岸灾害

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Boussinesq方程波浪数学模型的应用 被引量：6

5

作者 陈阳 严以新 《海洋工程》 CSCD 1999年第4期85-94,共10页

介绍了Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ 方程的推导过程和发展过程，基于深水和缓变地形的色散关系，建立了Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程的波浪数学模型。该模型可以产生波浪，模拟吸收边界和不同反射率的反射边界。该模型可用于研究深水和浅水地区... 介绍了Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ 方程的推导过程和发展过程，基于深水和缓变地形的色散关系，建立了Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程的波浪数学模型。该模型可以产生波浪，模拟吸收边界和不同反射率的反射边界。该模型可用于研究深水和浅水地区波浪的浅水变形、折射。 展开更多

关键词 boussinesq方程 波浪数学模型

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基于Boussinesq方程的波浪模型 被引量：6

6

作者 马小舟 董国海 滕斌 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第6期760-766,共7页

从欧拉方程出发,提供了另一种推导完全非线性Boussinesq方程的方法,并对方程的线性色散关系和线性变浅率进行了改进．改进后方程的线性色散关系达到了一阶Stokes波色散关系的Padé[4,4]近似,在相对水深达1．0的强色散波浪时仍保持... 从欧拉方程出发,提供了另一种推导完全非线性Boussinesq方程的方法,并对方程的线性色散关系和线性变浅率进行了改进．改进后方程的线性色散关系达到了一阶Stokes波色散关系的Padé[4,4]近似,在相对水深达1．0的强色散波浪时仍保持较高的准确性,并且方程的非线性和线性变浅率都得到了不同程度的改善．方程的水平一维形式用预估-校正的有限差分格式求解,建立了一个适合较强非线性波浪的Boussinesq波浪数值模型。作为验证,模拟了波浪在潜堤上的传播变形,计算结果和实验数据的比较发现两者符合良好。 展开更多

关键词 boussinesq模型 色散关系 波浪变形 浅水 表面水波

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水槽中浅水非线性长波传播的Boussinesq数值模拟 被引量：2

7

作者 刘忠波 邹志利 《海洋通报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第2期10-15,共6页

浅水非线性长波传播变形中会产生波-波相互作用,为较好地模拟这种现象,在非交错网格下建立了近似在O(μ2)阶完全非线性的高阶Boussinesq数值模型。数值模型中采用了混合4阶Adams-Bashforth–Moulton格式和内部造波技术。数值计算了非线... 浅水非线性长波传播变形中会产生波-波相互作用,为较好地模拟这种现象,在非交错网格下建立了近似在O(μ2)阶完全非线性的高阶Boussinesq数值模型。数值模型中采用了混合4阶Adams-Bashforth–Moulton格式和内部造波技术。数值计算了非线性长波在波浪水槽中的传播变形,计算结果与相关实验数据吻合较好,验证了该数值模型实用性。 展开更多

关键词 非线性长波 波-波相互作用 boussinesq数值模型

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论一类四阶Boussinesq方程的变浅性能 被引量：2

8

作者 刘忠波 房克照 孙昭晨 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第4期512-518,共7页

Boussinesq类水波模型在港口、海岸以及海洋工程领域应用广泛,但以前对这类模型的变浅性能的研究不够充分.针对Madsen和Sch¨affer提出的一组四阶Boussinesq方程,从理论和数值两个方面对这一问题进行了探讨.理论分析了其变浅性能,... Boussinesq类水波模型在港口、海岸以及海洋工程领域应用广泛,但以前对这类模型的变浅性能的研究不够充分.针对Madsen和Sch¨affer提出的一组四阶Boussinesq方程,从理论和数值两个方面对这一问题进行了探讨.理论分析了其变浅性能,指出该文献中参数α2和β2的取值是不合理的,并重新确定其取值.在交错网格下建立了基于混合4阶Adams–Bashforth–Moulton格式的预报--校正数值模型.数值模拟了两个典型算例:一是缓变平坡地形上波浪的传播变形,二是波浪在淹没梯形潜堤上的波浪演化过程.计算结果分别与解析结果、物理模型实验结果进行了比较,发现变浅系数的取值对数值结果影响很大,新参数比原文参数模拟结果的吻合程度更高,这佐证了理论分析. 展开更多

关键词 变浅性能 波浪 潜堤 boussinesq方程 数值模型

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基于四阶完全非线性Boussinesq水波方程二维波浪传播数值模型 被引量：1

9

作者 房克照 邹志利 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2011年第1期32-40,共9页

建立基于四阶完全非线性Boussinesq水波方程的二维波浪传播数值模型。采用Kennedy等提出的涡粘方法模拟波浪破碎。在矩形网格上对控制方程进行离散,采用高精度的数值格式对离散方程进行数值求解。对规则波在具有三维特征地形上的传播过... 建立基于四阶完全非线性Boussinesq水波方程的二维波浪传播数值模型。采用Kennedy等提出的涡粘方法模拟波浪破碎。在矩形网格上对控制方程进行离散,采用高精度的数值格式对离散方程进行数值求解。对规则波在具有三维特征地形上的传播过程进行了数值模拟,通过数值模拟结果与实验结果的对比,对所建立的波浪传播模型进行了验证。同时,为了考察非线性对波浪传播的影响,给出和上述模型具有同阶色散性、变浅作用性能但仅具有二阶完全非线性特征的波浪模型的数值结果。通过对比两个模型的数值结果以及实验数据,讨论非线性在波浪传播过程中的作用。研究结果表明,所建立的Boussinesq水波方程在深水范围内不但具有较精确的色散性和变浅作用性能,而且具有四阶完全非线性特征,适合模拟波浪在近岸水域的非线性运动。 展开更多

关键词 boussinesq水波方程 波浪传播模型 波浪破碎 涡粘

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基于Boussinesq方程近岸波浪演变的数值研究 被引量：2

10

作者 王培涛 于福江 《海洋预报》 北大核心 2012年第4期7-17,共11页

首先对目前描述近岸波浪传播变形的数学模型进行了回顾与总结;对不同数学模型的特点、适用范围和发展情况进行了阐述与对比。应用基于Boussinesq方程的Coulwave模式针对几个经典实验地形进行了数值实验,数值结果和实验实测数据吻合较好... 首先对目前描述近岸波浪传播变形的数学模型进行了回顾与总结;对不同数学模型的特点、适用范围和发展情况进行了阐述与对比。应用基于Boussinesq方程的Coulwave模式针对几个经典实验地形进行了数值实验,数值结果和实验实测数据吻合较好。此外,分别采用不同的近岸波浪模型模拟了某渔港附近波浪的传播变形,结果表明:当考虑波浪的折射、绕射、反射联合作用时,Coulwave模式计算结果明显较缓坡方程及SWAN模型计算结果更加合理。 展开更多

关键词 boussinesq型方程 近岸波浪模型 缓坡方程SWAN模型 Coulwave模型

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深水Boussinesq方程数学模型建立与验证 被引量：1

11

作者 胡金鹏 张运秋 朱良生 《科学技术与工程》 2010年第11期2661-2664,2671,共5页

通过引入四参数和非线性浅水方程至Kennedy等人推导的二阶全非线性Boussinesq方程中,改善了原方程的色散和变浅性能,并通过新方程建立适合较深水域的近岸波浪场数学模型,模拟了椭圆形浅滩地形上的波浪传播变形,从数值结果和试验结果的... 通过引入四参数和非线性浅水方程至Kennedy等人推导的二阶全非线性Boussinesq方程中,改善了原方程的色散和变浅性能,并通过新方程建立适合较深水域的近岸波浪场数学模型,模拟了椭圆形浅滩地形上的波浪传播变形,从数值结果和试验结果的比较上看,该模型可以很好地模拟近岸波浪场的实际问题。 展开更多

关键词 boussinesq方程 色散和变浅性能 数学模型 近岸波浪

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Boussinesq型方程对三维非线性波传播的数值模拟 被引量：4

12

作者 张洪生 洪广文 《华东师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2002年第3期88-94,共7页

该文建立了适宜于相对水深和复杂地形的非线性波传播的三维数学模型 ,模型包括任意水深点流场与波动净压力场的求解。在均匀水深条件下就不同波高、水深及波长的组合对推进波的波面、流速场和波动净压力场进行了全面数值模拟。将计算结... 该文建立了适宜于相对水深和复杂地形的非线性波传播的三维数学模型 ,模型包括任意水深点流场与波动净压力场的求解。在均匀水深条件下就不同波高、水深及波长的组合对推进波的波面、流速场和波动净压力场进行了全面数值模拟。将计算结果与解析解或物模实验结果进行对比 ,表明模型能较好地模拟各种组合下波浪传播的波动特征以及复杂地形上非线性波的传播。 展开更多

关键词 boussinesq型方程 三维数学模型 流场 波动净压力场 复杂地形 非线性波传播 波浪传播理论

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一种新型二阶全非线性Boussinesq方程及其数值验证

13

作者 胡金鹏 朱良生 《海洋通报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第1期82-88,共7页

通过改进二阶全非线性Boussinesq波浪方程中的色散项,得到了一组没有改变原方程的数学形式但适用于更大变化水深的新方程,其色散性能和变浅性能都比原方程有了很大改进,所适用的水深范围更大,能更好地描述从深水到近岸浅水处的波浪传播... 通过改进二阶全非线性Boussinesq波浪方程中的色散项,得到了一组没有改变原方程的数学形式但适用于更大变化水深的新方程,其色散性能和变浅性能都比原方程有了很大改进,所适用的水深范围更大,能更好地描述从深水到近岸浅水处的波浪传播;并基于新方程建立了波浪数值模型,通过模拟波浪从浅水到深水的传播变形来验证新方程的有效性。 展开更多

关键词 boussinesq方程 色散性 变浅性 数值模型

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基于Boussinesq水波模型的聚焦波模拟 被引量：5

14

作者 刘必劲 张振伟 +2 位作者 刘忠波 傅丹娟 陈小云 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期31-39,共9页

基于最高导数为3阶的单层Boussinesq方程,建立了聚焦波的时域波浪计算模型。数值模型求解采用了预报−校正的有限差分法。对于时间差分格式,预报和校正分别采用3阶Adams-Bashforth格式和4阶Adams-Moulton格式。首先,针对不同水深条件下... 基于最高导数为3阶的单层Boussinesq方程,建立了聚焦波的时域波浪计算模型。数值模型求解采用了预报−校正的有限差分法。对于时间差分格式,预报和校正分别采用3阶Adams-Bashforth格式和4阶Adams-Moulton格式。首先,针对不同水深条件下水槽中传播的强非线性波进行模拟,并将数值结果与流函数的数值解析解进行了比较,结果表明无论是波面位移、波面处的水平速度和垂向速度均与解析解符合较好,最大波峰面的速度分布伴随水深的增加与解析解吻合程度变差,非线性速度分布的适用范围与线性解析解适应范围kh<3.5基本一致。其次,对深水聚焦波演化进行了模拟研究,研究中聚焦波的生成采用在边界点累加不同频率线性规则波的方法。应用聚焦波物理模型实验结果验证模型,计算聚焦位置处的波面位移和沿水深的速度分布与实验结果的对比表明,波面位移吻合程度较好,垂向的水平速度分布基本吻合。最后,保持中心频率(周期)不变,数值模拟了周期范围变化下最大聚焦波峰面以及波峰面水平速度的变化趋势,结果表明波峰面值和波峰面水平速度随着周期范围缩小而增大。 展开更多

关键词 boussinesq数值模型 聚焦波 波面位移 速度分布

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深水聚焦波群的双层Boussinesq数值模拟

15

作者 刘必劲 张振伟 刘忠波 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2022年第9期1268-1277,共10页

相位聚焦是生成聚焦大浪的一种常见方式,在生成强非线性大浪的演化过程中,不同频率波浪间的非线性相互作用扮演重要角色。精确模拟波面演化和大浪波峰值下的速度场,要求数值模型必须具有足够精确的线性、非线性性能以及速度分布特征。为... 相位聚焦是生成聚焦大浪的一种常见方式,在生成强非线性大浪的演化过程中,不同频率波浪间的非线性相互作用扮演重要角色。精确模拟波面演化和大浪波峰值下的速度场,要求数值模型必须具有足够精确的线性、非线性性能以及速度分布特征。为此,基于双层Boussinesq方程建立了深水聚焦波的数值计算模型。首先针对深水线性波群进行数值模拟,并将数值结果与一阶Stokes波解析结果进行了比较,二者吻合很好,表明数值模型具有较好的色散性能;其次,对Baldock等开展的聚焦波物理模型试验进行数值模拟,并将聚焦位置处波面位移和沿水深分布的水平速度计算值与相应的模型试验结果进行比较,二者吻合程度良好,说明数值模型具有较精确的非线性和速度分布特性;最后计算了聚焦波峰面和波峰面处的水平速度随线性聚焦波幅以及线性聚焦位置的变化。结果表明,伴随线性聚焦波幅的增大,非线性聚焦波面和波峰面处的水平速度均呈现非线性增长趋势,而不同线性聚焦位置对聚焦波峰面和波峰面处的水平速度产生较大的影响,但其对局部最大波峰面的传播速度影响较小。 展开更多

关键词 双层boussinesq方程 波面位移 速度分布 聚焦波群

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孤立波作用下细长港响应的数值研究 被引量：16

16

作者 马小舟 刘嫔 +1 位作者 王岗 董国海 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第1期101-105,共5页

采用Boussinesq数值波浪模型,模拟了不同波高的孤立波分别对常水深和变水深细长港作用时港内的响应。对数值模型的结果进行小波分析和频谱分析并与现有的理论值比较。结果表明,孤立波传入一侧为开敞水域的细长港时,港内激发振荡的能量... 采用Boussinesq数值波浪模型,模拟了不同波高的孤立波分别对常水深和变水深细长港作用时港内的响应。对数值模型的结果进行小波分析和频谱分析并与现有的理论值比较。结果表明,孤立波传入一侧为开敞水域的细长港时,港内激发振荡的能量主要集中在细长港前三个自振模态上,港口的响应频率与理论固有频率非常接近,这为估算细长港池的固有频率提供了一种可行性方法。 展开更多

关键词 孤立波 boussinesq波浪模型 细长港 港湾振荡 港池固有频率

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破碎带波浪的数值模拟 被引量：13

17

作者 马小舟 董国海 滕斌 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期203-208,共6页

基于一组色散关系得到改进的完全非线性Boussinesq方程建立了一个波浪模型可以模拟近岸水域的波浪变浅、破碎以及在海滩上的爬高等多种变形。波浪破碎引起的能量衰减是在动量方程中引入一个在空间和时间上都只作用于波前的涡粘项来模拟... 基于一组色散关系得到改进的完全非线性Boussinesq方程建立了一个波浪模型可以模拟近岸水域的波浪变浅、破碎以及在海滩上的爬高等多种变形。波浪破碎引起的能量衰减是在动量方程中引入一个在空间和时间上都只作用于波前的涡粘项来模拟。动海岸线边界用窄缝法处理。波浪爬高用非线性浅水方程推导的非破碎波浪在斜坡上爬高的解析解来验证。本模型还模拟了波浪在斜坡上不同类型的破碎变形过程,并将其波高和平均水位的沿程变化和物理模型实验的结果比较,两者符合良好。 展开更多

关键词 boussinesq模型 波浪破碎 破碎带 浅水

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多向不规则波绕射的数值模拟 被引量：12

18

作者 柳淑学 俞聿修 +2 位作者 赖国璋 李毓湘 韦永康 《海洋工程》 CSCD 2000年第3期39-45,共7页

采用有限元求解 Boussinesq方程数值计算模型 ,对单突堤和双突堤的波浪绕射进行了数值模拟 ,并与物模试验进行对比验证。模拟结果表明入射波浪的方向分布对波浪的绕射具有明显的影响 ,使防波堤后的波浪增大 ,开阔区域的波浪减小 ,波浪... 采用有限元求解 Boussinesq方程数值计算模型 ,对单突堤和双突堤的波浪绕射进行了数值模拟 ,并与物模试验进行对比验证。模拟结果表明入射波浪的方向分布对波浪的绕射具有明显的影响 ,使防波堤后的波浪增大 ,开阔区域的波浪减小 ,波浪的方向分布对港内波浪的分布具有一定的均化作用。 展开更多

关键词 多向不规则波 数值模拟 有限元法 波浪绕射

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非线性波传播的新型数值模拟模型及其实验验证 被引量：8

19

作者 张洪生 冯文静 +2 位作者 王亚玲 吴中 缪国平 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第4期137-147,共11页

以一种新型的Boussinesq型方程为控制方程组,采用五阶Runge-Kutta-England格式离散时间积分,采用七点差分格式离散空间导数,并通过采用恰当的出流边界条件,从而建立了非线性波传播的新型数值模拟模型.通过对均匀水深水域内波浪传播的数... 以一种新型的Boussinesq型方程为控制方程组,采用五阶Runge-Kutta-England格式离散时间积分,采用七点差分格式离散空间导数,并通过采用恰当的出流边界条件,从而建立了非线性波传播的新型数值模拟模型.通过对均匀水深水域内波浪传播的数值模拟说明,模型能较好地模拟大水深水域和强非线性波的传播.通过设置不同的入射波参数来进行潜堤地形上波浪传播的物理模型实验,并将数值解与物理模型实验结果进行了比较. 展开更多

关键词 数值模拟 新型boussinesq型方程 非线性波 物模实验

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非线性波浪时域计算的三维耦合模型 被引量：5

20

作者 齐鹏 王永学 +1 位作者 邹志利 邱大洪 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2000年第6期102-109,共8页

将计算区域Ω划分为内域Ω1和外域Ω２（Ω２＝Ω－Ω１），外域控制方程采用改进线性频散特性的二维Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程，用预报一校正法数值求解；结构物附近的内域控制方程为三维Ｎａｖｉｅｒ—Ｓｔｏｋｅｓ方程，由ＶＯＦ方... 将计算区域Ω划分为内域Ω1和外域Ω２（Ω２＝Ω－Ω１），外域控制方程采用改进线性频散特性的二维Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程，用预报一校正法数值求解；结构物附近的内域控制方程为三维Ｎａｖｉｅｒ—Ｓｔｏｋｅｓ方程，由ＶＯＦ方法数值求解．通过在外域和内域相匹配的交界面上设置合适的速度和波面边界条件，建立了三维非线性波浪时域计算的耦合模型．模拟试验表明：（１）耦合模型数值波浪水池可以产生稳定的、重复性较好的波动过程；（２）用耦合模型数值波浪水池求解较大浅水区域上的非线性波浪数值计算问题可以取得较高的计算效率，同时又能得出结构物附近的复杂流场。 展开更多

关键词 耦合模型 波浪 非线性 三维 时域计算 内域 外域

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