内孤立波对同反向传播的表面波的调制特征研究

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作者 林一帆 徐滔 +1 位作者 贾村 陈旭 《中国海洋大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2025年第1期1-12,共12页

当内孤立波在海洋内部传播时,会引起表层水体的辐聚辐散,从而对海表波浪进行调制作用。本文使用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术,针对内孤立波对表面波的调制问题进行数值模拟研究。建立两层模型,模拟了表面波在同... 当内孤立波在海洋内部传播时,会引起表层水体的辐聚辐散,从而对海表波浪进行调制作用。本文使用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术,针对内孤立波对表面波的调制问题进行数值模拟研究。建立两层模型,模拟了表面波在同反向传播的情况下,不同振幅内孤立波对不同波长表面波的调制过程。基于表面波的波长和波高这两个基本特征,发现内孤立波引起的表层水平流速变化会调制表面波的波高,相同方向传播时,表面波波高会在最大水平流速附近处减小,而相反传播时会增大。同时内孤立波引起的水体辐聚辐散(水平流速梯度)的分布会调制表面波的波长特征,表面波波长会在流场辐散的区域变长,在流场辐聚的区域变短。表面波受调制作用变化的强弱与内孤立波振幅、表面波初始波长相关。内孤立波振幅的增加会加强调制作用,使得表面波波高与波长的变化程度更显著。表面波初始波长增加会减弱调制作用。本研究着重分析了内孤立波对表面波的调制作用,得到了内孤立波引起的上层水体流动和受调制的表面波具体的对应关系与变化规律,有助于更好地理解内孤立波对表面波调制的水动力过程,对于解读内波成像的过程有重要意义。 展开更多

关键词 内孤立波 表面波 数值模拟 计算流体力学 小波分析

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内孤立波中潜水器纵向运动特性数值仿真研究

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作者 刘乐 姚志崇 +1 位作者 冯康佳 胡芳琳 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第11期1633-1642,共10页

海洋中内孤立波会诱发突变的环状剪切流,导致潜水器产生大幅度的垂向掉深和俯仰运动,给潜水器航行安全和作业性能带来威胁。本文基于CFD的速度入口造波法和重叠网格技术,建立内孤立波中潜水器运动响应预报方法,通过与分层流水池试验结... 海洋中内孤立波会诱发突变的环状剪切流,导致潜水器产生大幅度的垂向掉深和俯仰运动,给潜水器航行安全和作业性能带来威胁。本文基于CFD的速度入口造波法和重叠网格技术,建立内孤立波中潜水器运动响应预报方法,通过与分层流水池试验结果对比,证明该方法可准确模拟内孤立波中潜水器大振幅运动;通过对处于分层界面的无动力悬浮潜水器在内孤立波中的运动过程模拟分析,揭示内孤立波中潜水器掉深及俯仰运动产生机理,同时探究分层厚度比、波幅、潜深等参数对无动力悬浮潜水器纵向运动的影响规律。结果表明:潜水器在内孤立波中的掉深和俯仰运动幅值是由内孤立波波幅和最大波倾角决定;波幅、分层厚度比、潜深等因素对潜水器纵向运动特性有较大影响。 展开更多

关键词 内孤立波 纵向运动 掉深 俯仰 波倾角

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一种改进的近岸波浪破碎数值模型 被引量：13

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作者 李绍武 李春颖 +1 位作者 谷汉斌 时钟 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第1期36-41,共6页

提出一种基于完全非线性Boussinesq方程的改进波浪破碎模型,用于模拟近岸浅水波浪破碎。模型借助水滚的概念,提出一种确定k方程紊动模式中紊动源项的计算公式,通过解k方程计算Boussinesq方程中的涡黏系数,实现对破碎波的模拟。岸边界采... 提出一种基于完全非线性Boussinesq方程的改进波浪破碎模型,用于模拟近岸浅水波浪破碎。模型借助水滚的概念,提出一种确定k方程紊动模式中紊动源项的计算公式,通过解k方程计算Boussinesq方程中的涡黏系数,实现对破碎波的模拟。岸边界采用窄缝法,使得模型可用于波浪爬坡的计算。用实验室实测波高和增减水资料对模型进行了验证,得到了一致的结果。紊动源、紊动动能以及紊动耗散率的计算结果表明:①在破波点处紊动源项值最大,随着波浪向岸边传播,逐渐减小;②破波点处,水平方向的对流和扩散在紊动能量输移中发挥重要作用;③岸边附近紊动源与紊动耗散接近平衡。 展开更多

关键词 完全非线性 BOUSSINESQ方程 波浪破碎 水滚 k-ε方程紊动模式

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非均匀海流、表面波与内孤立波共同作用下钻井隔水管准静态分析 被引量：5

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作者 李朝玮 樊洪海 +2 位作者 汪志明 沈维格 王义顷 《中国海上油气》 CAS CSCD 北大核心 2015年第2期78-86,共9页

针对我国南海内孤立波活动频繁的实际情况,建立了非均匀海流、表面波和内孤立波联合作用下钻井隔水管的准静态分析模型,并分别采用Airy线性波理论和两层流的Kd V理论计算表面波和下凹型内孤立波的速度和加速度,利用有限差分离散和LU分... 针对我国南海内孤立波活动频繁的实际情况,建立了非均匀海流、表面波和内孤立波联合作用下钻井隔水管的准静态分析模型,并分别采用Airy线性波理论和两层流的Kd V理论计算表面波和下凹型内孤立波的速度和加速度,利用有限差分离散和LU分解法求解钻井隔水管的静态微分方程。方法验证结果表明,本文方法与其他文献结果吻合较好,具有较高的可靠性。实例分析结果表明,表面波和内孤立波分别在相位角为12°和0°时对隔水管的准静态性能影响最大;内孤立波使上层流体中隔水管的横向偏移、弯矩、Von Mises应力大幅增加;在内孤立波波谷对应深度附近,隔水管弯矩呈"台阶状"突变,剪力呈"尖峰状"突变;内孤立波振幅越大、上下两层海水密度差越大,内孤立波对隔水管受力与变形的影响越剧烈。建议加强我国南海各油气区内海洋内孤立波的监测和预测,更好地指导海上钻井隔水管安全作业。 展开更多

关键词 钻井隔水管 准静态分析 非均匀海流 表面波 内孤立波

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近岸波生流运动三维数值模拟及验证 被引量：16

5

作者 解鸣晓 张玮 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期391-399,共9页

开发建立了近岸波生流运动三维数值计算模式。模式中,引入了三维时均剩余动量、破波表面水滚、波浪水平与垂向紊动作为主要驱动力,同时考虑了波流共同作用的底部剪切力。推导了可综合反映底坡、能量传递率和密度影响的水滚能量传输方程;... 开发建立了近岸波生流运动三维数值计算模式。模式中,引入了三维时均剩余动量、破波表面水滚、波浪水平与垂向紊动作为主要驱动力,同时考虑了波流共同作用的底部剪切力。推导了可综合反映底坡、能量传递率和密度影响的水滚能量传输方程;将Larson-Kraus的二维波浪水平紊动系数表达式拓展至三维。采用大量实测数据和文献资料测试验证了所建模式,表明所建模式可有效模拟波浪增减水、底部离岸流、沿岸流、裂流、堤后环流等不同维度的波生流现象。此外,研究也表明破波水滚效应可解释波生流峰值向岸推移的物理现象,从而在模拟中不能忽略;破波带内沿岸流速垂向较为均匀的现象与波浪附加垂向紊动有关。 展开更多

关键词 三维波生流 时均剩余动量 破波水滚 波浪紊动 模式验证

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拉伸状态下LDPE/SiO_2改性材料的空间电荷特性研究 被引量：5

6

作者 王灿 王有元 +1 位作者 凡朋 廖瑞金 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第4期1163-1170,共8页

为深入研究低密度聚乙烯(low-density polyethylene,LDPE)/Si O_2改性材料内部空间电荷的运动特性,利用纳米粒径分别为15和50 nm的Si O_2纳米粒子制备了质量分数为5%的LDPE/Si O_2改性材料,同时制备了拉伸率为10%的样品,利用电声脉冲(pu... 为深入研究低密度聚乙烯(low-density polyethylene,LDPE)/Si O_2改性材料内部空间电荷的运动特性,利用纳米粒径分别为15和50 nm的Si O_2纳米粒子制备了质量分数为5%的LDPE/Si O_2改性材料,同时制备了拉伸率为10%的样品,利用电声脉冲(pulsed electroacoustic apparatus,PEA)法装置测量了每种样品的空间电荷分布。结果表明:添加Si O_2纳米粒子后,材料中靠近电极处的空间电荷累积由异极性电荷转变为同极性电荷;拉伸后,所有材料内部的空间电荷累积量均出现了增加,并且当拉伸率为10%,质量分数为5%时,LDPE/Si O_2改性材料内部出现了空间电荷大量累积的现象,在材料中心位置处形成了两个不同极性的空间电荷包,15nm粒径改性材料的空间电荷包远小于50nm粒径的改性材料。文中从弧波理论、电荷在改性材料中的受力以及具有不同介电常数材料表面电荷的累积等方面对LDPE/Si O_2改性材料内部的空间电荷包现象进行了详细解释,为深入理解空间电荷在改性材料中的运动特性和分布特性提供参考。 展开更多

关键词 LDPE/SiO2改性材料 空间电荷包 拉伸率 孤波理论 表面电荷累积

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用时变雷诺方程模型模拟孤立波与半圆型防波堤的相互作用 被引量：7

7

作者 刘长根 陶建华 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 2004年第10期1023-1032,共10页

　以时变雷诺方程为控制方程,用k＿ε模型封闭该方程,采用体积函数(VOF)方法来跟踪波动自由表面,建立了二维垂向波浪数学模型,并用已有的实验资料进行了验证·　随后用该模型模拟了半圆型防波堤与孤立波在淹没、平顶水位、完全露顶... 　以时变雷诺方程为控制方程,用k＿ε模型封闭该方程,采用体积函数(VOF)方法来跟踪波动自由表面,建立了二维垂向波浪数学模型,并用已有的实验资料进行了验证·　随后用该模型模拟了半圆型防波堤与孤立波在淹没、平顶水位、完全露顶且不越浪3种典型工况下的相互作用过程·　得到了半圆堤附近的流场、压强场和波面的变形过程·　结果表明,在淹没状态下,半圆堤背浪面的底部会产生涡旋;平顶水位时,由于越浪的冲击作用,在半圆堤的背浪面将逐渐形成一对较大的涡旋,而半圆堤背浪面的底部,速度始终相对较小;而在露顶不越浪时。 展开更多

关键词 时变雷诺方程 VOF方法 自由表面 半圆型防波堤 孤立波

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MCC-FS内孤立波模型算法及速度场研究 被引量：2

8

作者 赵彬彬 张天钰 +2 位作者 王战 段文洋 王泽航 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期1089-1095,共7页

针对浅水模式下的两层流体间大幅内孤立波问题,本文给出了MCC-FS模型的速度场结果,并使用物理实验结果进行验证。采用考虑自由面效应的MCC-FS模型开展了研究,并针对MCC-FS模型,提出了一种稳定、高效的算法。使用中心差分法对一阶和二阶... 针对浅水模式下的两层流体间大幅内孤立波问题,本文给出了MCC-FS模型的速度场结果,并使用物理实验结果进行验证。采用考虑自由面效应的MCC-FS模型开展了研究,并针对MCC-FS模型,提出了一种稳定、高效的算法。使用中心差分法对一阶和二阶导数进行空间离散,使用牛顿迭代法对MCC-FS模型4个方程进行直接求解。研究表明:通过该算法可同时求得内波波形、自由表面波波形以及上、下层平均速度。 展开更多

关键词 MCC-FS模型 浅水模式内波 内孤立波 稳态算法 中心差分法 速度场 自由面效应 两层流体

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波浪在浅水中运动及破碎的数值研究 被引量：1

9

作者 祝会兵 于颖 《广西科学》 CAS 2002年第3期198-201,206,共5页

在一维的 Boussinesq方程中引入表面翻滚的概念 ,通过附加迁移动量项来考虑浅水中的波浪运动以及破碎情况 ,建立数学模型。利用此数学模型对 Airy波和孤立波在浅水中运动以及破碎情况进行模拟 ,得出的结果与 Schoiffer和 Goda的结果比... 在一维的 Boussinesq方程中引入表面翻滚的概念 ,通过附加迁移动量项来考虑浅水中的波浪运动以及破碎情况 ,建立数学模型。利用此数学模型对 Airy波和孤立波在浅水中运动以及破碎情况进行模拟 ,得出的结果与 Schoiffer和 Goda的结果比较 ,吻合良好。 展开更多

关键词 浅水 运动 破碎 数值研究 波浪 表面翻滚 airy波 孤立波

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任意拉格朗日欧拉有限元法中的自由面网格追踪分析(英文)

10

作者 叶恒奎 孙江龙 +1 位作者 李国安 王先洲 《船舶力学》 EI 北大核心 2005年第3期11-18,共8页

本文对任意拉格朗日欧拉有限元法中的自由面网格追踪问题进行了分析。在任意拉格朗日欧拉坐标系下,用非定常不可压的N avier-Stokes 方程来描述粘性带自由面流体的运动,在时间的数值积分中采用了速度修正分步法。文中提出了四种不同的... 本文对任意拉格朗日欧拉有限元法中的自由面网格追踪问题进行了分析。在任意拉格朗日欧拉坐标系下,用非定常不可压的N avier-Stokes 方程来描述粘性带自由面流体的运动,在时间的数值积分中采用了速度修正分步法。文中提出了四种不同的自由面网格追踪方法,并对用各种方法得到的数值结果进行比较,得到了较优的追踪方法。为了验证方法的有效性,对孤立波传播进行了详细的分析。 展开更多

关键词 自由面 网格追踪 ALE 有限元法 孤立波

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孤子波在考虑表面张力时的效应(英文)

11

作者 杨新娥 韩文革 +1 位作者 石最坚 姚孝盛 《河北大学学报（自然科学版）》 CAS 1992年第4期66-70,共5页

本文利用大标度近似方法,并考虑了表面张力,对在环形水槽里非传播性表面波的运动进行讨论。计算结果表明:表面张力使孤子波的横向振动频率变大,振幅增高,而宽度变小。

关键词 表面张力 孤子波 大标度近似

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基于新型三维辐射应力的近岸波流耦合模型 被引量：2

12

作者 纪超 张庆河 +2 位作者 马殿光 吴岳峰 姜奇 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期128-136,共9页

为了合理模拟近岸波流运动,基于考虑海底坡度影响的新型三维辐射应力公式,建立近岸三维波流耦合数学模型.该模型引入2种波面水滚模式,考虑波浪附加水平紊动效应.采用大量实测数据对所建模型进行验证.结果表明,利用该模型可以较好地模拟... 为了合理模拟近岸波流运动,基于考虑海底坡度影响的新型三维辐射应力公式,建立近岸三维波流耦合数学模型.该模型引入2种波面水滚模式,考虑波浪附加水平紊动效应.采用大量实测数据对所建模型进行验证.结果表明,利用该模型可以较好地模拟近岸波浪传播以及增减水、沿岸流、底部离岸流、裂流等不同的近岸波生流现象.该模型采用的波流耦合方式能够全面地反映近岸波流的相互作用,新型三维辐射应力公式较其他公式可以更准确地描述波生流的垂向结构.对于不同的近岸流算例,获得更准确的模拟结果可能需要采用不同的水滚模式,说明更具普适性的水滚模型有待进一步的研究.考虑波浪水平紊动会使模型计算出的流速平面分布更平滑,避免出现过于突兀的流场结果. 展开更多

关键词 三维辐射应力 耦合模型 波流相互作用 波生流 波面水滚 波浪附加紊动

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基于势流理论的内孤立波追赶数值模拟 被引量：3

13

作者 李永刚 邹丽 +2 位作者 胡英杰 张九鸣 裴玉国 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期1073-1083,共11页

针对内孤立波相互作用中的追赶问题,本文在2层流体系统中,采用多域边界元法和KdV方程Fourier谱方法离散求解分别对其进行了数值模拟,分析了2种方法下不同初始波幅比内孤立波追赶过程波形演化特征。在多域边界元法中,通过考虑自由表面效... 针对内孤立波相互作用中的追赶问题,本文在2层流体系统中,采用多域边界元法和KdV方程Fourier谱方法离散求解分别对其进行了数值模拟,分析了2种方法下不同初始波幅比内孤立波追赶过程波形演化特征。在多域边界元法中,通过考虑自由表面效应,揭示了内孤立波追赶时自由表面波的表现形态。研究发现:依据2内孤立波是否融合成一个类孤立波波形以及是否发生相互作用等演化特征,根据初始波幅之比内孤立波追赶可以分为3类,其分类标准与表面孤立波追赶波形演化分类一致;2种方法所得幅值变化曲线存在诸多差异,但作用中心波幅最小值均位于2内孤立波波形是否发生相互作用分界点附近;内孤立波追赶过程中所诱导的自由表面波与内孤立波的波形演化过程在形态和时间上几乎保持一致。 展开更多

关键词 多域边界元法 FOURIER谱方法 内孤立波 相互作用 追赶 波形演化 分类 自由表面波

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海底物体运动生成内波问题研究

14

作者 李林杰 赵彬彬 段文洋 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1487-1493,共7页

为研究物体在海底运动产生大幅内孤立波问题,本文基于商业软件STAR-CCM+,选用无粘模型,求解欧拉方程,采用流体体积法监测内波界面,对网格、时间步长开展收敛性分析,得到STAR-CCM+计算的内波波面空间分布收敛结果与全非线性势流模型结果... 为研究物体在海底运动产生大幅内孤立波问题,本文基于商业软件STAR-CCM+,选用无粘模型,求解欧拉方程,采用流体体积法监测内波界面,对网格、时间步长开展收敛性分析,得到STAR-CCM+计算的内波波面空间分布收敛结果与全非线性势流模型结果高度吻合。研究了物体形状对于生成内波的影响,对比了上下层液体密度比分别为0.787和0.95时,刚盖假设与自由表面这2种不同边界条件下的内波波面空间分布结果,研究表明:当上下层液体的密度比不接近1时,必须考虑自由面效应对内波波幅和波速的影响。 展开更多

关键词 内孤立波 海底物体运动 物体形状 自由面效应 刚盖假设 多相流 密度分层流 数值模拟

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海表外强迫效应对连续层化流体中先驱内孤立波生成的影响

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作者 张静华 江文胜 《中国海洋大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期1-12,共12页

移动的海面或海底强迫在共振条件下会向强迫上游周期性地生成内孤立波,这种内孤立波被称为先驱内孤立波。本文利用三维全非线性、全频散的非静力模型NHWAVE,模拟连续分层流体受到海面外强迫作用而产生的先驱内孤立波,研究了正负外强迫... 移动的海面或海底强迫在共振条件下会向强迫上游周期性地生成内孤立波,这种内孤立波被称为先驱内孤立波。本文利用三维全非线性、全频散的非静力模型NHWAVE,模拟连续分层流体受到海面外强迫作用而产生的先驱内孤立波,研究了正负外强迫效应对先驱内孤立波生成过程和形态特征的影响。结果显示,负效应强迫作用下先驱内孤立波具有更长的生成周期,这与两层流体中的结论相同;在强迫区内部,正效应强迫使水体的等密度面维持较稳定的结构,而当强迫效应为负时,强迫区内水体的等密度面随时间起伏较大。在正负两种效应强迫作用下,流场均维持了逆时针的回流结构,不过在负效应强迫作用下,流场更为复杂。 展开更多

关键词 先驱内孤立波 共振效应 连续层结 水面强迫

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磁场和自由界面热流下二维液态锡膜流的传热模拟

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作者 卓琦皓 潘君华 倪明玖 《中国科学院大学学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2021年第6期741-749,共9页

液态金属偏滤器具有自修复和热负荷能力,因此成为偏滤器的重要设计方案。偏滤器上的液态金属膜流处于磁场和高强度热流下,且装置运行时产生的低频扰动会使薄膜流动发展为毛细孤立波。在毛细孤立波膜流中,波谷位置的毛细分离涡会显著增... 液态金属偏滤器具有自修复和热负荷能力,因此成为偏滤器的重要设计方案。偏滤器上的液态金属膜流处于磁场和高强度热流下,且装置运行时产生的低频扰动会使薄膜流动发展为毛细孤立波。在毛细孤立波膜流中,波谷位置的毛细分离涡会显著增强该区域的对流换热。研究雷诺数为58的液态锡毛细孤立波膜流在底壁附近的换热现象。结果表明:无外加磁场和自由界面热流时,液态锡毛细孤立波薄膜流动复现了努塞尔数在波谷位置显著增强的现象;仅施加磁场时,由于洛伦兹力的阻尼效应,毛细分离涡处的换热增强效果被抑制;仅施加热流时,由于膜流被加热,总换热量增加,导致努塞尔数分布更均匀;同时施加磁场和热流时,两者的作用会叠加。 展开更多

关键词 液态金属 毛细孤立波 自由界面热流 磁流体动力学 偏滤器

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