有限水深单色短峰波：理论，波浪力和调制稳定性

摘要

作为近岸、海洋三维波浪运动的一种最直接的基本反映，单色短峰波在近30年的研究中逐渐形成“流体力学、物理海洋”界的一个热点．本文主要从“理论构建、波浪力和调制稳定性”等以下三方面对短峰波进行了一番探索． 1．对典型的H短峰波做出扩展：纳入普遍的波-流相互作用机制；并对有限常水深实施微调，以接近“缓变水深”．据此，运用摄动法建立了三阶波-流相互作用的短峰波系统，并得到其“自由表面位移、速度势和角频率”的解析解和如下波之“运动学、动力学”物理变量的显式：波高；波陡；波相速度；水质点速度和加速度；波压力．另外，发现、并修正了H短峰波在特定Stokes波情形时的三阶角频率的错误表达式． 2．以更具物理意义的波陡参数δ重构前述已建立的三阶波-流相互作用短峰波系统．据此，详尽得到作用在直立防波堤上的波浪力和力矩显式，刻画出该短峰波在“位相和入射角度”分别变化时波浪力最大值的若干“奇异特性”．这特别相关于通常的驻波和Stokes波． 3．以经典的Whitham调制理论处理H短峰波，得到其调制方程和特征速度，进而确定出HTS短峰波在“临界、稳定、不稳定”情形时的调制区域． 研究发现：单色短峰波比较理想，“多色多向”短峰波则自然得多．对其展开研究，有助于深化理解实际海洋发生的种种复杂、异常的波动现象(例如，在近一个时期颇引起海洋学家关注、可对近海工业、航运造成严重影响的巨波(giant waves).)，可有效提高近岸、海洋构筑物的“防浪、抗浪”设计能力和运作能力．

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

§1.1短峰波

§1.2直立防波堤上的波浪力

§1.3短峰波稳定性

§1.4本文工作

第二章 在均匀流作用下的三阶短峰波理论

§2.1引言

§2.2控制系统方程

§2.3三阶解

§2.4特例

§2.5短峰波“运动学和动力学”变量

§2.6结论

第三章直立堤上的短峰波作用力

§3.1引言

§3.2重构“波-流相互作用短峰波系统”

§3.3直立堤上的力和力矩

§3.4最大波浪力

§3.5结论

第四章三阶H短峰波的调制稳定性

§4.1引言

§4.2调制方程

§4.3调制区域

§4.4结论

第五章结论和期望

附录 ω0和ω2关于κ的导数

参考文献

在攻读硕士学位期间投稿的论文

在攻读硕士学位期间所作的项目

致 谢