孤立波

摘要： 本文使用了质量、动量和能量守恒量,对KdV方程和BBM方程两孤立波完全相互作用特性进行近似解析和数值研究,应用守恒量等式计算合并波形,无需求解相关的非线性偏微分方程。综合比较了KdV方程和BBM方程的数值计算结果以及近似合并波形解析结果,使用守恒量近似分析方法研究两孤立波相互作用,可以用较小的计算量获得各种有用的计算结果。研究表明,该方法具有较好的工程近似精度,可适用于预测波浪与海洋、海岸和运河结构物等相互作用情况。

摘要： 利用动力系统分支理论研究了BBM方程u_(t)+αu_(x)+βuu_(x)-γ_(xxt)^(u)=0。首先通过行波变换,求得方程的首次积分和奇点,其次对平衡点分析得到系统的相图,再次对其轨道进行分析,进而得到这些系统所有可能存在的行波解,包括孤立波解、周期波解。

摘要： 中国南海深水勘探钻井装置面临海流环境的冲击影响,这对海洋钻井装备安全造成较大影响。本文结合中国南海海域主要海流的成因及其特征,分析其对深水钻井作业的影响。经分析,南海海域常见的表层流对深水钻井作业影响不是太大,最大的影响因素是由潮汐作用产生的非线性孤立波。因此,有必要详细分析孤立波产生的影响及其监测预防手段。分析结果可以为南海深水勘探钻井作业提供参考。

摘要： 研究了具有参数可变强非局域非线性效应的玻色-爱因斯坦凝聚中物质波的演化。首次获得参数可变系统中三维强非局域Gross-Pitaevskii方程的解析解即自相似球贝塞尔孤立波解。存在于强非局域非线性相互作用能的BEC中的物质波强度即粒子数密度的径向呈球贝塞尔函数分布,角向呈球谐函数分布,且波强随自相似变量的变化关系不随演化时间而改变。物质波具有线性相位和空间啁啾。

摘要： 为研究孤立波作用下结构物周围流场特征,基于无网格SPH方法,建立孤立波与海洋结构物相互作用模型,对不同波幅孤立波作用下部分淹没矩形结构物周围波面、流速、涡量及结构受力特征进行计算分析,探索了相对波高对非淹没结构物周围流场的影响规律。结果表明:流场特征与相对波高密切相关,相对波高较小时,波面、流速、涡量及结构荷载均较为光滑,相对波高在0.2以上时,波峰爬升至结构物顶部并在越过结构物后与水槽内水体碰撞造成流场波动,波面、流速、涡量及结构荷载的波动幅度随着相对波高增大而增大,流场更加复杂,结构物水平和垂向负压也越大,且结构物周围涡分布逐渐向深度方向和下游方向发展。

摘要： 研究了含有三阶色散、自频移与自陡峭项的立方-五次非线性薛定谔方程。根据齐次平衡原则,运用Riccati方程-展开法、Riccati方程-倒数展开法、Exp-展开法得到非线性薛定谔方程的几种精确解,即亮-孤立波、激波、周期波,图示了解的波形结构,并比较了3种方法的关联性。

摘要： 在一定条件下浅水波可能以孤立波形态作用于离岸结构.基于波浪绕射理论,推导V形薄壁防波堤的一阶孤立波绕射理论解.通过对孤立波作用于防波堤的波浪力进行计算,研究孤立波对V形防波堤的作用规律.通过对180°张角的有限长薄壁V形堤足够长时的绕射波浪力计算,与无限长直立薄壁堤的孤立波反射波浪力进行有效的相似性比较.结果表明:孤立波的最大无量纲波浪力明显大于相同浅水条件下Airy微幅波理论的对应结果,由此反映浅水波的非线性效应;孤立波入射角、V形堤张角、防波堤臂长与水深比以及孤立波特征参数等因素的变化均将对波浪荷载产生一定的影响.

摘要： 描述微结构固体中波传播的一种KdV类方程作为控制方程并利用积分因子方法,对微结构固体中传播孤立波的动力学稳定性进行了数值模拟研究.主要以高斯波、Ricker子波以及双曲正割波扰动作为初始扰动,考察了不同小扰动下孤立波能否较长时间保持波形结构和传播速度而稳定传播问题.结果表明,不同的小扰动对孤立波的影响不同,孤立波的稳定传播与扰动幅度和宽度都有关系,只有受到幅度和宽度都非常小的扰动下在弱微尺度非线性效应的微结构固体中传播的孤立波才能显现出一定程度的抗干扰性和动力学稳定性,能够在微结构固体中较长时间稳定传播.

摘要： 模仿实验室推板造波技术,在黏性数值波浪水槽中构建了造波动边界,实现了一阶线性波、二阶斯托克斯波和孤立波的数值模拟,数值波形与理论波形吻合良好,验证了这一方法的有效性.将海绵层消浪技术与辐射边界条件结合吸收透射波能,有效减小了水槽的二次反射效应.不同水深二阶斯托克斯波的模拟结果表明,斯托克斯波理论不适用于浅水情况.提出基于四阶Runge-Kutta法直接求取浅水孤立波速度时程的思路,较传统算法更为便捷.

摘要： 本文采用圆柱体阵列来模拟珊瑚礁面的大糙率,通过波浪水槽实验研究礁面糙率对孤立波传播变形及岸滩爬高的影响.结果表明,粗糙礁面的存在显著削弱了礁坪上孤立波的首峰和礁后岸滩反射造成的次峰,同时降低了波浪在珊瑚礁面的传播速度;垂直于岸线方向沿礁相对波高随着入射波增大而减小,随着礁坪水深的增大而增大,粗糙礁面上波高沿礁的衰减更为显著;礁前斜坡的无量纲反射波高随无量纲入射波高的变化与礁坪水深有关,当入射波高足够大时其趋于常值,粗糙礁面略微增大了礁前斜坡的反射;无量纲透射波高和岸滩爬高随着无量纲入射波高的增大而减小,特别是礁坪水深较大时更为显著,粗糙礁面时的无量纲岸滩爬高相对于光滑礁面平均减小46％;通过回归分析得出了同时适合于光滑和粗糙礁面的预测孤立波岸滩爬高的经验关系式.

摘要： 为提高造波效率和减弱波浪二次反射作用,在一些波浪水池中安装了冲击式造波装置,但如何控制冲击体运动来生成波形稳定、波高可控的孤立波是尚未解决的难题.本文提出并验证了一种基于圆柱浸没体积等于孤立波体积原理的新式孤立波生成方法.首先推导了计算圆柱位移时程的隐式方程组以及生成波高受圆柱半径的约束条件.接着采用光滑粒子流体动力学方法模拟并比对了文献中的物理实验.最后应用验证过的数值模型计算了圆柱入水生成的孤立波波面和水质点水平速度的空间分布.与解析理论的比较证实,利用所提出的造波理论能够生成波形、流速准确且无明显尾波迹象的高质量孤立波.更为重要地是孤立波自生成起便已达到稳定,因此能够缩短测量和模拟孤立波对结构物作用时结构物与造波装置间的距离,既节约了实验场地空间,也提升了数值计算效率.

摘要： 本文通过物理模型实验对孤立波与下潜水平板的相互作用进行了研究.实验采用PIV技术测量了水平板周围流场的演化特征,实验结果发现在水平板的迎浪侧和背浪侧均会产生涡,但涡的演化过程有着明显的差别.本文基于小波变换的涡结构识别方法,对流场数据进行了分析,得到了孤立波与平板相互作用过程迎浪侧与背浪侧的涡结构.结果表明,水平板迎浪侧涡的尺寸会随着波高的增大而增大,与波高呈正相关;背浪侧涡的尺寸与波高的相关性较弱.

摘要： 为研究海啸波对结构物的作用,现已发展了多种孤立波的数值和试验生成方法,但利用垂向冲击体制造孤立波的理论还不成熟.一种基于楔体浸没体积等于孤立波体积原理的冲击式造波理论遂被提出.首先推导了关联楔体浸没深度、楔角和生成波高的隐式方程组,并给出了孤立波波高受楔角的约束条件.接着使用光滑粒子流体动力学(SPH)方法建立了模拟楔体运动与波浪生成的数值模型.通过与文献中规则波试验结果的比较,验证了数值模型的可靠性,以及确定其最优空间分辨率.最后利用验证过的数值模型模拟了相对波高分别为0.1和0.3的孤立波的生成.与解析解比较发现,所生成的孤立波波形稳定,波高和水质点速度均较为准确.这一新型造波理论的提出,可缩短冲击体附近波面不稳定的范围,进而提升数值计算效率并节约试验场地空间.

摘要： 通过基于完全非线性的时域高阶边界元法(HOBEM),建立了数值模型模拟孤立波砰击自由运动的摆动式波浪能转换装置(OWSC),以研究极端波浪对OWSC砰击的影响.采用混合欧拉-拉格朗日(MEL)法追踪实时变化的自由表面节点;通过细长射流内部速度势的线性变化假设与区域分解法处理砰击射流;采用辅助函数求解物面压力分布,以此进一步解耦摆板的运动方程;最后通过四阶龙格-库塔法更新下一时刻的边界条件.通过验证,分别证明了本模型能准确地模拟波浪砰击OWSC与极端波浪特征.通过对数值结果的分析,发现孤立波砰击OWSC的现象与规则波时有明显不同.

摘要： 为了研究孤立波对海堤等海岸结构物的作用,基于OpenFOAM开源程序建立数值水槽,模拟了孤立波在斜坡堤上的传播过程.采用了该程序中的RANS模型并用k-ω两方程湍流模型封闭进行求解,并和实验数据进行对比.孤立波在常水深水槽中的传播波形与理论解吻合良好,沿程衰减较小.针对孤立波在斜坡堤上的传播变形过程进行了数值模拟,结果表明,该模型能够准确模拟孤立波在斜坡上的浅化和破碎过程,波面升高和压力的计算结果与实验数据吻合较好.

摘要： 航行体在浅水中以超临界速度运动时会产生连续的孤立波.本研究基于势流理论边界元方法建立二维航行体在浅水中运动的数学模型,采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪自由面,自由面满足非线性自由面边界条件,模拟航行体在浅水域以超过临界速度运动生成连续孤立波的过程,分析航行体厚度及速度对孤立波波形的影响.特别模拟了对向传播的连续孤立波的碰撞问题,研究孤立波碰撞时波形与速度场的特点.

摘要： 本研究基于Constrained Interpolation Profile(CIP)方法,建立了二维波浪数值水槽,模拟了孤立波与斜坡上梯形防波堤作用的过程.首先,对数值模型的建立进行了总体介绍,流场求解器基于CIP方法,采用多相流模型处理波-物相互作用,运用THINC(Tangent of Hyperbola for Interface Capturing)方法进行自由液面捕捉.然后,对建立的数值水池进行了验证,将基于CIP算法的数值模拟结果和公开发表的实验结果进行了对比.然后,进行了防波堤不同出水高度时,孤立波演变的数值模拟.分析了不同水深时对波高仪处自由面抬升的影响.结果表明:CIP数值模型可以很好地模拟孤立波与梯形防波堤的作用过程,不同出水高度会对自由面抬升产生影响.

摘要： 孤立波一般被用于模拟海啸等引起的波浪.当孤立波传播到近岸的浅水区域,受到地形变化的影响,例如缓坡,大陆架等,会形成若干个较小的孤立波,该现象被称为孤立波的分裂.采用二维边界元方法对孤立波的分裂进行数值模拟,边界元方法具有高精度和能模拟完全非线性波浪的特点,可以很好地捕捉孤立波分裂的细节.通过边界元方法的计算,可以获得不同台阶高度下,孤立波的反射,透射系数,分裂个数以及分裂后孤立波的波幅.

摘要： 本研究采用CFD数值模拟方法,使用UDF设定入口边界速度表达式,建立了内孤立波数值造波方法,数值模拟的波形与KdV理论结果吻合良好.然后,对某简化水下航行体受内孤立波作用时的水动力载荷特性进行了模拟,通过分析内孤立波全周期作用过程中内波流场与水动力载荷变化的对应关系,初步阐明了内孤立波载荷大幅变化的水动力学机理,为进一步研究内孤立波作用下水下航行体运动特性、探索安全航行控制措施打下了基础.

摘要： 基于波浪水槽试验,对挡板在后侧的挡板式防波堤分别在规则波和孤立波作用下对沙质岸滩剖面变化的影响进行对比研究.试验采用1/10和1/20的组合坡进行试验,并分别选取规则波模拟常浪,选取孤立波模拟海啸波,作为两组试验的入射波,考虑挡板在后侧的特种防波堤,并采用不设置防波堤时的岸滩演变作为对照组进行对比试验.试验结果表明:在设置挡板式防波堤后,静水面附近水域岸滩剖面在规则波作用下,最大淤积点高度、最深冲刷坑深度等数据下降幅度更大,且最大淤积点及最深冲刷点向波浪传播方向移动距离更大;在挡板式防波堤附近水域岸滩剖面在孤立波作用影响更小.在规则波作用下,岸滩呈波形淤积,并出现窄深型冲刷坑;在孤立波作用下,岸滩有一处断层式淤积,出现一处宽浅型冲刷坑.由此可知:挡板式防波堤具有保护岸滩、阻碍波浪传播的作用,且在规则波作用下对岸滩的保护作用更加明显.

摘要： 本发明公开了一种实验室内波和内孤立波造波装置，包括水槽，支架和齿条；水槽的左右两侧槽壁的上端分别设有滑轨，支架的下端两侧分别通过两个可动滑块与滑轨滑动连接，可动滑块与支架固定连接，支架的上端设有竖直连杆，沿竖直连杆的轴线设有两个固定滑块，齿条远离齿条锯齿的一侧设有与两个固定滑块相配合的竖直滑轨，竖直滑轨与齿条焊接在一起，支架上还设有驱动竖直滑轨沿竖直方向向水槽方向或远离水槽方向运动的伺服电机；齿条的下端设有抽板或圆柱型冲箱，滑轨的延伸方向垂直于抽板的所在平面，圆柱型冲箱的轴线垂直于水槽的左右两侧槽壁。本发明结构简单，操作方便，可以通过分别安装抽板和圆柱型冲箱而实现造内波和内孤立波之间的转换。

摘要： 本发明涉及一种双板式内孤立波造波装置及其造波方法，其特征在于：它包括一密度分层水槽、一上推板、一下推板、两套传动机构和一控制终端；上、下推板布置于水槽的横断面上，且上、下推板与水槽等宽；两套传动机构分别连接上、下推板，并由控制终端控制；控制终端通过改变传动机构的传动方式，驱动上、下推板以各自的速度、加速度和行程反向水平运动。本发明可以控制内孤立波的波形、振幅和波宽等参数，不仅实现了波形参数的可控，而且使同一波形的内孤立波的重复成为可能。

摘要： 本发明提供一种提升闸门式内孤立波造波装置，包括闸门板、支架和提升装置；闸门板在左右和底部边缘布置弹性材料，在面板上竖直布置若干导向梁，在底部安装有导缆器；支架由两个分别布置在闸门板前后两侧并横跨水槽上方的横向支架组成；每个横向支架在顶部布置定滑轮，在靠近闸门板的一侧竖直布置传导流利条，所有传导流利条都作用在闸门板的面板上；靠近导向梁的横向支架竖直布置若干限位流利条，所有限位流利条都作用在对应的导向梁上；提升装置由缆绳和卷扬机组成，缆绳穿过闸门板的导缆器，其两端经各自对应的定滑轮换向后固定在卷扬机上；卷扬机安装在支架上并能同步牵引缆绳的两端。本发明在大中小型试验水槽都能适用、结构简单、操作方便。

摘要： 本发明公开了一种实验室内波和内孤立波造波装置，包括水槽，支架和齿条；水槽的左右两侧槽壁的上端分别设有滑轨，支架的下端两侧分别通过两个可动滑块与滑轨滑动连接，可动滑块与支架固定连接，支架的上端设有竖直连杆，沿竖直连杆的轴线设有两个固定滑块，齿条远离齿条锯齿的一侧设有与两个固定滑块相配合的竖直滑轨，竖直滑轨与齿条焊接在一起，支架上还设有驱动竖直滑轨沿竖直方向向水槽方向或远离水槽方向运动的伺服电机；齿条的下端设有抽板或圆柱型冲箱，滑轨的延伸方向垂直于抽板的所在平面，圆柱型冲箱的轴线垂直于水槽的左右两侧槽壁。本发明结构简单，操作方便，可以通过分别安装抽板和圆柱型冲箱而实现造内波和内孤立波之间的转换。

摘要： 本发明涉及一种双板式内孤立波造波装置及其造波方法，其特征在于：它包括一密度分层水槽、一上推板、一下推板、两套传动机构和一控制终端；上、下推板布置于水槽的横断面上，且上、下推板与水槽等宽；两套传动机构分别连接上、下推板，并由控制终端控制；控制终端通过改变传动机构的传动方式，驱动上、下推板以各自的速度、加速度和行程反向水平运动。本发明可以控制内孤立波的波形、振幅和波宽等参数，不仅实现了波形参数的可控，而且使同一波形的内孤立波的重复成为可能。

摘要： 本发明公开一种具有多点孤立波无损检测性能的弹性波超材料装置，包括弯曲腔体轨道、竖直腔体轨道、散体颗粒群、信号采集颗粒。弯曲腔体轨道和竖直腔体轨道均是由树脂组成的圆管形结构，散体颗粒群均为直径为19mm的Q235不锈钢颗粒均匀分布在腔体轨道中，所述信号采集颗粒由圆形压电片与两个球颗粒组成。压垫片直径19mm，厚度0.3mm，嵌入两个半球之间，并用聚酰亚胺薄膜使压电片与半球颗粒进行隔离。半球颗粒直径为19mm，材质为Q235不锈钢，嵌入匀质颗粒链中用于接收非线性孤立波信号。

摘要： 本发明提供一种研究任意波向内孤立波对半潜平台立柱和沉箱影响的系统，包括一半潜式平台模型、一内波实验水槽、一测力单元和一压载装置；所述半潜式平台模型放置于所述内波实验水槽内；所述测力单元和所述压载装置连接所述半潜式平台模型。本发明的一种研究任意波向内孤立波对半潜平台立柱和沉箱影响的系统，可保证在不影响整体流场的情况下，有效测量作用于平台各子结构的内孤立波载荷；从而为实海域内孤立波载荷的预测提供可靠的理论依据和技术保障。

摘要： 本发明公开了一种适用于大型透明水槽内模拟一阶和二阶模态内孤立波的实验装置及方法，装置包括透明水槽；直线导轨，安装在所述透明水槽长度方向的两侧；百叶门联动控制箱，安装在所述纵移轨道上，其内部设有联动控制机构；纵移驱动机构，用于驱动百叶门与百叶门联动控制箱沿直线导轨运动；百叶门，由若干细长薄型叶片组成，全部叶片构成的“隔门”采用重叠方式排列，闭合时重叠部分具有良好的密封性，所述叶片可以在联动控制机构的控制下同步瞬间旋转开启和闭合的同时还可沿透明水槽高度方向上、下移动。本发明可构建一阶和二阶模态内孤立波所需的方势阱。

摘要： 本发明提供了一种基于内孤立波的海底沙波原位观测装置及其工作方法，包括贯入动力系统、观测系统、稳定系统。贯入动力系统由回收环、浮标、凯夫拉电缆、限位筒、立方体限位块、控制单元、环形控制舱、重块和环形铁块，观测系统由声学探杆、声学探杆储存单元、圆台形限位块、单向限位装置、水平支撑杆、电阻率探杆、电极环、发射换能器、第一贯入锥尖、接收换能器、水平支撑杆、和第二贯入锥尖，稳定系统由四脚架限位筒、圆管、稳定圆环、缓冲装置、重力锚。通过本发明，既满足海底沙波原位观测装置的贯入需求，保证贯入效果，还将内孤立波的能量作为一种资源加以利用，以减少装置本身的设计运行成本，并能够满足实时、原位地观测海底沙波。

摘要： 本实用新型提供一种结构设计新颖、操作简便的用于研究内孤立波试验用的内孤立波发生装置；它包括水槽；所述水槽内设有两个推板，分别为上推板和下推板，水槽内盛装有两种密度不同的溶液，其中，大密度的溶液位于下方，小密度的溶液位于上方，两种密度之间为分界面；所述上推板设置于分界面上方，且上推板的下端位于分界面上；所述下推板位于分界面下方，且所述下推板的上端位于分界面上，所述下推板的下端与水槽底部之间设有间隙。