【摘 要】
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近些年来关于海洋方面的研究越来越重要,其中波浪传播、洋流以及海浪防护工程更是研究的热点。由于传统实验需要较高的成本,随着计算机硬件以及数值方法的发展,建立数值水槽模型进行模拟成为了一个更经济的选择。本文提出一种无网格法——区域型基本解法(Localized method of fundamental solutions,LMFS),针对不同的波浪问题建立二维数值水槽,分析波浪传播问题以及相关的海洋
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近些年来关于海洋方面的研究越来越重要,其中波浪传播、洋流以及海浪防护工程更是研究的热点。由于传统实验需要较高的成本,随着计算机硬件以及数值方法的发展,建立数值水槽模型进行模拟成为了一个更经济的选择。本文提出一种无网格法——区域型基本解法(Localized method of fundamental solutions,LMFS),针对不同的波浪问题建立二维数值水槽,分析波浪传播问题以及相关的海洋工程问题。基于理想液体,本文使用区域型基本解法和不同的时间离散法,配合半拉格朗日近似建立三个不同的数值波浪水槽模型,主要研究内容及相关成果如下:(1)将区域型基本解法应用于二维水槽晃动模型,模拟不同受力状态下,水槽液体的晃动情况。结果表明不同的受力方式对于液体的晃动变化影响剧烈,水深越浅,非线性越强。(2)将区域型基本解法应用于二维水槽非线性波浪与洋流相互作用模型,通过加入洋流和改变底床形状等方式,模拟在洋流的作用下波浪的传播现象。结果表明不同方向洋流会影响波浪的波长等波浪特性,水槽底床的改变也将影响波形的变化。(3)将区域型基本解法应用于二维水槽波浪传播模型,基于已知的三个实验案例,建立含有不同形状潜堤的数值水槽,模拟波浪通过潜堤时发生的变化。结果表明波浪在越过潜堤时,非线性会增强,呈现波谷变平坦,波峰变陡的现象。将上述案例结果与前人数值结果进行对比,可以发现拟合效果良好,并且在保证数值精度的情况下,与其他类型的数值方法相比,采用的计算点数更少,计算机运行时间更短,证明了区域型基本解法建立的数值水槽模型运用于求解波浪问题的准确性、可行性及高效率性,并从本文的一些数值案例中可以看出这个数值方法可以很好的运用于非线性较强的波浪问题中。
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