波浪、潮流是海岸、河口區(qū)的主要動力因素,兩者同時存在并且相互作用,相互影響。波浪由外海向海岸傳播時,由于地形水深等的變化,發(fā)生折射繞射,淺水變形,直到破碎,產(chǎn)生波生近岸流,它也是岸灘演變,物質輸移擴散等的重要動力因素。目前,基于水深平均的平面二維波生近岸流模型或波生近岸流相互作用模型已經(jīng)在工程中得到較為廣泛的應用。然而自然界水流在垂向上并不是均勻分布,其垂向變化往往對建筑物的穩(wěn)定和地形演變造成顯著影響。因此,我們不僅僅要了解水位的分布和變化,還需要了解水流的垂向變化,要研究這些問題只有三維模式才能實現(xiàn)。 本文是在原有的三維波流耦合數(shù)學模型COHERENS-SED基礎上將之進行了完善,提高了模型的三維精度,使其能夠正確模擬水流結構,特別是垂向結構。 首先,將垂向平均輻射應力改進為垂向變化輻射應力,以附加項的形式添加到潮流方程中,研究其對潮位和流速的影響。模擬了均勻坡度的理想地形條件下的波生近岸流場,得到了波生近岸流的垂向環(huán)流結構,這與理論分析和試驗觀測結果相一致,也驗證了模型的精確性和可靠性。 另一方面,由于波浪運動產(chǎn)生了速度梯度,引起剪切的不穩(wěn)定性產(chǎn)生湍流,形成非破碎浪致垂向混合,故本...

【文章頁數(shù)】：129 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 波流耦合研究現(xiàn)狀
        1.2.2 輻射應力和波生近岸流
        1.2.3 垂向混合研究概述
        1.2.4 已有研究成果綜合分析及尚需進一步解決的問題
    1.3 本文的研究目的與研究內容
        1.3.1 課題來源
        1.3.2 研究目的
        1.3.3 研究內容
    參考文獻
2 模型理論基礎
    2.1 COHERENS水動力模塊
        2.1.1 主控方程
        2.1.2 定解條件
        2.1.3 數(shù)值離散方法
        2.1.4 內外模式銜接
    2.2 波浪模型SWAN
        2.2.1 SWAN模型主控方程
        2.2.2 物理過程
        2.2.3 邊界條件
        2.2.4 數(shù)值計算方法
    2.3 小結
    參考文獻
3 波生近岸流模擬
    3.1 波生近岸流的產(chǎn)生
    3.2 波流聯(lián)合作用下的控制方程組
        3.2.1 經(jīng)典輻射應力理論
        3.2.2 考慮垂向變化的輻射應力公式推導
        3.2.3 考慮垂向變化輻射應力的主控方程
    3.3 波生垂向環(huán)流的模擬
    3.4 小結
    參考文獻
4 浪致垂向混合
    4.1 垂向渦粘系數(shù)計算
        4.1.1 湍流混合
        4.1.2 浪致垂向混合系數(shù)
    4.2 風生海流
        4.2.1 無限深海的漂流
        4.2.2 有限深海的漂流
    4.3 垂向一維的數(shù)值模擬
        4.3.1 模型驗證
        4.3.2 130m水深的風生流
        4.3.3 20m水深的風生流
    4.4 小結
    參考文獻
5 改進的三維波流耦合模型在黃河三角洲的應用
    5.1 三維波生沿岸流模擬
        5.1.1 模型設置
        5.1.2 模形驗證
        5.1.3 模擬結果討論
    5.2 三維波生沿岸流影響下的懸沙場
        5.2.1 懸沙輸移的模型設置
        5.2.2 模擬懸沙濃度的驗證
        5.2.3 模擬懸沙分布
    5.3 黃河口浪致垂向混合作用下的流場垂向結構
        5.3.1 研究背景
        5.3.2 模擬結果及分析
    5.4 黃河口浪致垂向混合下表底層流場
    5.5 黃河口浪致垂向混合下鹽度三維擴散
    5.6 小結
    參考文獻
6 結論與展望
致謝
個人簡歷
發(fā)表的學術論文及成果
參與的科研項目
獲得獎勵



本文編號：3746708