浅海近岸大面积波浪场的数值模拟及波流共同作用下污染物输移的数学模型研究

摘要

在高阶抛物缓坡方程的基础上,综合考虑了波浪长距离传播的底摩阻问题和风的影响,还考虑了近岸区波浪多次破碎问题以及弱非线性项对计算结果的影响.以规则波的抛物缓坡方程为基础,建立了综合考虑波浪折、绕射的不规则波模型.利用PIV技术进行了波浪共存情况下,流速垂直结构分布的实验研究.该文提出了一种在波浪共同作用下计算流速分布的计算方法,适用于工程计算.并以此推导了波流共同作用下计算纵向离散系数的理论公式.用分步全隐差分格式数值求解了近岸浅水环流方程、近岸海区复杂地形情况下的波生流方程和有波浪作用下的潮流方程,给出了求解波生流时水平涡粘系数和摩阻系数的方法.进行了沿岸流、近岸波生流的数值模拟计算,并用实验的实测资料进行了验证.使用ADI-TOASOD格式(即三阶对流二阶扩散)的差分方法模拟污染物的对流扩散,通过典型的具有解析解的算例进行了验证.通过模拟海区的计算,研究了污染源在不同离岸位置时污染物的行为规律.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1研究的背景和意义

1.2相关研究综述

1.2.1近岸区波浪场数值模拟的研究进展

1.2.2近岸区随机波浪数学模型的研究进展

1.2.3近岸区波浪破碎数学模型的研究进展

1.2.4波流相互作用和波流共同作用下速度垂直结构的研究进展

1.2.5近岸波生流数学模型的研究进展

1.2.6关于对流扩散方程数值方法研究的进展

1.3本文的主要工作和内容

第二章近岸区大面积波浪传播的规则波数学模型

2.1数学模型

2.1.1控制方程

2.1.2边界条件

2.2数值解法

2.3模型的计算和验证

2.4 波浪的多次破碎模型

2.4.1理论模型

2.4.2破碎模型的计算和验证

2.5 底摩阻问题和风的影响

2.6 实际工程应用

2.7 本章小结

第三章近岸区大面积波浪传播的不规则波及其破碎模型

3.1数学模型

3.2不规则波模型的计算及其验证

3.2.1 实验条件和组次

3.2.2 计算条件和结果

3.3水滚破碎波模型

3.4水滚破碎波模型的计算和验证

3.5本章小结

第四章波流共同作用下流速垂直结构的实验研究和理论模型

4.1 波流共同作用下速度垂直分布的理论模型

4.2波流共同作用下流速垂直结构的实验研究

4.3理论计算结果与实验结果的比较

4.4波流共同作用下离散系数的推导

4.5本章小结

第五章近岸海区流场的数值模拟

5.1近岸流场的基本控制方程

5.2数值解法

5.3近岸波生流的计算和验证

5.4本章小结

第六章波浪潮流共同作用下污染物输移扩散的数值模拟

6.1污染物对流扩散的控制方程

6.2方程的数值解法

6.3对流扩散方程的数值验证

6.4波浪潮流作用下污染物输移扩散规律的数值模拟

6.4.1波浪对污染物(点源)输移扩散的影响

6.4.2波浪作用下不同排放位置对污染物输移扩散的影响

6.5本章小结

附图

第七章结论和建议

7.1结论

7.2对今后工作的一些建议

参考文献

作者在攻读博士期间参加的科研项目和撰写的论文

后记