基于二阶造波方法确定性波浪的实验室模拟

摘要

目前，研究波浪最常用的手段就是通过实验室模拟波浪来观察现象。而在实验室模拟波浪中，最重要的一点就是能够精确的模拟波形，这对于研究波浪的传播、与结构物作用等都具有十分重大的意义。目前最常用的一阶造波理论是以小振幅假设忽略了高阶边界条件而得出的，所以会在造波时生成不期望的自由伪谐波，这会对波浪的研究产生一定的影响。而二阶造波方法通过增加造波板位移来抑制一阶造波方法带来的自由伪谐波，从而获得更高阶的精确波形。 本文针对二维不规则波和聚焦波，在原有的一阶造波软件的基础上，采用Schffer建立的二阶造波理论编写了相应的二维二阶造波软件，并分别在物理水槽和数值水槽进行一阶造波和二阶推板造波实验。验证了在不规则波和聚焦波造波中采用二阶方法的有效性，无论在物模水槽中还是数模水槽中，二阶造波方法都可有效抑制自由伪谐波，得到更精确的频谱分布和波形。并对采用二阶造波理论模拟波浪时遇到的问题进行了说明和讨论，在实际应用此软件时可作参考。 此外，本文还针对已知的或特定的二维波列在时域上进行模拟。并且针对造波时采用的一阶造波和二阶造波方法，比较两种方法所模拟的波列的准确程度，给出了实测波列和预期波列的误差分析系数，并对修正程序进行了相关的实验验证和讨论。最后给出了此程序在使用时可能会遇到的问题，并对其进行了相关的说明和讨论，在实际应用此软件时可作为参考。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究概况

1.2.1 实验室物理和数值模拟波浪的发展

1.2.2 二维二阶造波理论发展

1.2.3 实验室极端波浪和不规则波列的模拟

1.3 本文的工作简介

2 二维二阶造波理论简介

2.1 推导过程

2.1.1 控制方程

2.1.2 一阶问题的解

2.1.3 二阶问题的解

2.2 造波程序的编写

2.3 结论与讨论

3 二维水槽不规则波造波实验

3.1 实验室不规则波的生成方法

3.2 波浪实验参数及其分析

3.2.1 波浪参数

3.2.3 造波板位移

3.2.3 理论波面比较

3.3 数值模型实验及结果分析

3.3.1 实验布置

3.3.2 实验结果分析

3.4 物理模型实验和结果分析

3.4.1 实验布置

3.4.2 波面分析

3.4.3 沿程能量分析

3.5 结论与讨论

4 二维水槽聚焦波产生方法及造波实验

4.1 二维聚焦波产生方法

4.1.1 聚焦波产生方法（相速度法）

4.1.2 聚焦波频谱类型简介

4.2 聚焦波实验参数及简要分析

4.3 数值模型实验及结果分析

4.3.1 实验布置

4.3.2 实验结果分析

4.4 物理模型实验布置及结果分析

4.4.1 实验布置

4.4.2 实验结果分析

4.5 结论与讨论

5 二维波列时域模拟造波实验

5.1 二维波列时域模拟理论及误差修正方法

5.1.1 时域模拟理论

5.1.2 误差修正方法

5.2 数值模型实验及结果分析

5.3 物理模型实验及结果分析

5.3.1 实验布置及参数

5.3.2 实验结果分析

5.4 结论与讨论

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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