【摘要】：本文以平面斜坡和沙壩海岸上沿岸流垂向分布實驗采集的沿岸方向和垂直岸線方向的流速時間歷程為基礎(chǔ),利用對數(shù)分布擬合分析了實驗室觀測到的沿岸流垂向分布特征,分析了摩阻流速沿垂直岸線方向的變化特征。根據(jù)相似理論的不完全相似假設(shè)給出了預(yù)報沿岸流垂向分布的指數(shù)分布模型,將該模型應(yīng)用到現(xiàn)場以及其它相關(guān)沿岸流垂向分布實驗中,驗證了模型的適用性。根據(jù)垂向岸線方向流速測量結(jié)果分析了平坡和沙壩海岸上垂直岸線方向水流流速的垂向分布規(guī)律。分析了基于POM(Princeton Ocean Model)三維近岸流模型。對Mellor(2003,2008)、Xia等(2004)、Lin和Zhang(2005)等人給出的三維輻射應(yīng)力公式做了分析,指出了已有三維輻射應(yīng)力公式的不合理之處。建立了基于壓力面的三維輻射應(yīng)力和對應(yīng)的三維環(huán)流計算方程。在淺水假定下,將Mellor(2003)、 Svendsen(1984)和本文給出的三維輻射應(yīng)力簡化并應(yīng)用到求解海底回流解析解中。應(yīng)用基于POM模型的三維近岸流模型對有關(guān)學(xué)者的海底回流和沿岸流垂向分布實驗結(jié)果以及本文平坡和沙壩海岸上的沿岸流和垂直岸線方向水流流速的垂向分布實驗結(jié)果進行了數(shù)值模擬。 文中首先闡述了沿岸流垂向分布運動對研究近岸污染物、泥沙輸移的重要意義,并指出目前沿岸流垂向分布的實驗研究比較少,因此,通過實驗來研究沿岸流垂向分布有助于更加直觀、深刻、全面的認識沿岸流垂向分布的特性,并為沿岸流垂向分布數(shù)值模擬的研究以及與沿岸流垂向分布相關(guān)研究提供實驗結(jié)果。 第二章詳細介紹了平坡和沙壩海岸上沿岸流垂向分布的實驗,具體包括該實驗的物理模型布置和儀器布置。分析了平坡和沙壩地形上測量得到的波高、增減水和沿岸流的沿岸流均勻性和重復(fù)性。給出了平坡和沙壩海岸上測量數(shù)據(jù)的處理方法。對沿岸流垂向分布的特征做了簡要分析。 第三章采用對數(shù)分布和指數(shù)分布對平坡和沙壩海岸上測量得到的沿岸流垂向分布進行了數(shù)據(jù)擬合。采用對數(shù)分布對測量得到的沿岸流垂向分布進行了數(shù)據(jù)擬合,根據(jù)擬合得到的參數(shù)分析了表觀粗糙度和摩阻流速沿垂直岸線方向的變化趨勢。由于表觀粗糙度和摩阻流速很難準(zhǔn)確的確定,對數(shù)分布的應(yīng)用受到了限制。指數(shù)分布包含兩個參數(shù)：水深平均流速和指數(shù)。水深平均流速可以較為準(zhǔn)確的確定,指數(shù)通常取1/10到1/7之間。對于平坡海岸指數(shù)取1/10時指數(shù)分布可以給出很好的擬合結(jié)果。對于沙壩海岸不同區(qū)域需要選用不同的指數(shù)。在沙壩谷到沙壩離岸側(cè),指數(shù)取1/10或1/7指數(shù)分布可以給出較好的擬合結(jié)果,對于處于沿岸流兩個峰值之間流速波谷區(qū)域指數(shù)取1/3時指數(shù)分布可以給出較好的擬合結(jié)果。應(yīng)用指數(shù)分別取為1/10和1/7的指數(shù)分布對有關(guān)實驗室和現(xiàn)場實驗測量的沿岸流垂向分布進行了預(yù)報,結(jié)果顯示指數(shù)取1/10時指數(shù)分布給出的預(yù)報結(jié)果與實驗結(jié)果符合良好。最后給出了平坡和沙壩海岸上垂直岸線方向水流流速的垂向分布實驗結(jié)果。 第四章介紹了POM模型,對有關(guān)學(xué)者基于POM模型建立的三維近岸流模型做了分析。對Mellor(2003,2008、Xia等(2004)、Lin和Zhang(2005)等人給出的三維輻射應(yīng)力公式做了分析,指出了他們?nèi)S輻射應(yīng)力公式的不合理之處。建立了基于壓力面的三維輻射應(yīng)力和對應(yīng)的計算模型 第五章給出了應(yīng)用本文提出的三維輻射應(yīng)力所得到的海底回流解析解,并與采用有關(guān)學(xué)者的三維輻射應(yīng)力所得到的海底回流解析解進行了對比,討論了不同三維輻射應(yīng)力對海底回流計算結(jié)果的影響。分析中對渦粘系數(shù)分別采用了垂向拋物型、線性和常數(shù)分布渦粘系數(shù),討論了他們對海底回流解析解的影響。給出了垂直二維波生流計算模型,應(yīng)用該模型對一些學(xué)者的海底回流實驗結(jié)果進行了數(shù)值模擬。 第六章提出了三維波生流耦合模型和半耦合模型。分析了不同垂向渦粘系數(shù)和不同水底摩擦力公式對沿岸流數(shù)值模擬結(jié)果的影響。應(yīng)用本文給出的三維近岸流耦合模型和半耦合模型對Visser(1991)、Hamilton和Ebersole(2001)沿岸流垂向分布實驗結(jié)果和本文沿岸流和垂直岸線方向水流流速的垂向分布實驗結(jié)果進行了數(shù)值模擬,數(shù)值結(jié)果與實驗結(jié)果符合良好。 最后給出了本文的結(jié)論以及對于本研究的展望。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：P731.2;TV14

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 鄭金海,嚴以新,彭世銀;波浪剩余動量流垂向分布研究[J];河海大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2000年01期

2 左其華;近岸波浪引起的水流及長波研究進展[J];海洋工程;2003年04期

3 解鳴曉;張瑋;;近岸波生流運動三維數(shù)值模擬及驗證[J];水科學(xué)進展;2011年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 吳相忠;近岸流的三維數(shù)值模擬研究[D];天津大學(xué);2010年

本文編號：2752280