含强水流高阶Boussinesq水波方程 被引量：11

1

作者 邹志利 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2000年第4期41-50,共10页

采用摄动法并利用已建立的纯波情况下高阶Boussinesq方程，建立了可以考虑强水流与波浪相互作用的高阶Boussinesq方程．水流速度与波浪群速具有相同量级，且随时间和空间的变化尺度远大于波浪周期和波长．方程色散性近似到[4／4]阶Pade... 采用摄动法并利用已建立的纯波情况下高阶Boussinesq方程，建立了可以考虑强水流与波浪相互作用的高阶Boussinesq方程．水流速度与波浪群速具有相同量级，且随时间和空间的变化尺度远大于波浪周期和波长．方程色散性近似到[4／4]阶Pade展开，对浅水情况方程可以是完全非线性的，可适用于波流相互作用的强非线性问题．通过将水流存在时波长和波幅的结果与一阶斯托克斯波结果对比，讨论了具有不同近似程度的3种含波流相互作用的Boussinesq方程的适用性． 展开更多

关键词 波浪 水流 boussinesq水波方程 海洋

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沙坝海岸上裂流的数值模拟 被引量：16

2

作者 房克照 邹志利 刘忠波 《水动力学研究与进展（A辑）》 CSCD 北大核心 2011年第4期479-486,共8页

建立了基于二阶完全非线性Boussinesq水波方程的二维波浪破碎数值模型,对沙坝海岸上产生的裂流进行了数值模拟研究。首先将文献[1]中给出的一组二阶完全非线性Boussinesq方程进行扩展,在动量方程中引入紊动粘性项模拟波浪破碎引起的能... 建立了基于二阶完全非线性Boussinesq水波方程的二维波浪破碎数值模型,对沙坝海岸上产生的裂流进行了数值模拟研究。首先将文献[1]中给出的一组二阶完全非线性Boussinesq方程进行扩展,在动量方程中引入紊动粘性项模拟波浪破碎引起的能量耗散,采用窄逢法处理海岸动边界问题,并考虑了混合子网格效应以及水底摩擦。然后,在矩形网格上离散控制方程,采用有限差分方法和混合四阶Adams-Bashforth-Moulton预报矫正格式建立了数值模型。应用所建立模型对一带沟槽沙坝海岸上产生裂流的实验进行数值模拟,将计算的波高、增减水、时均流速、时均流场等与实验数据进行了比较。数值结果与实验结果吻合较好,这说明建立的数值模型是准确有效的,为下一步应用该模型模拟实际海岸上的裂流提供了研究基础。 展开更多

关键词 boussinesq水波方程 波浪破碎 裂流

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近岸波浪在刚性植被区域传播的数值模型 被引量：10

3

作者 王磊 房克照 +1 位作者 尹晶 孙家文 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2015年第6期62-69,共8页

基于扩展型Boussinesq水波方程,建立了波浪在刚性植被覆盖的近岸海域传播的数值模型。通过在动量方程源项中引入拖曳阻力项考虑植被对波浪的衰减作用。控制方程采用有限差分和有限体积混合格式求解,模型稳定性强,具备间断捕捉能力,能有... 基于扩展型Boussinesq水波方程,建立了波浪在刚性植被覆盖的近岸海域传播的数值模型。通过在动量方程源项中引入拖曳阻力项考虑植被对波浪的衰减作用。控制方程采用有限差分和有限体积混合格式求解,模型稳定性强,具备间断捕捉能力,能有效模拟近岸区域波浪的传播变形、破碎和处理海岸动边界问题。利用所建立模型对典型物理模型实验进行模拟,计算结果与实验结果吻合良好,表明模型可用于波浪在刚性植被覆盖海域的数值计算。 展开更多

关键词 boussinesq水波方程 刚性植被 消浪 数值模拟 波浪传播

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波生沿岸流数值模拟 被引量：10

4

作者 房克照 刘忠波 +2 位作者 邹志利 孙家文 尹继伟 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期258-265,共8页

为了更好地研究近岸海域波生沿岸流,建立了基于高阶Boussinesq水波方程的波生沿岸流时域数值模型。控制方程在中等水深范围内具有较好的色散性和变浅作用性能,同时具有二阶完全非线性特征,适合描述近岸区域波浪强非线性运动。通过采用... 为了更好地研究近岸海域波生沿岸流,建立了基于高阶Boussinesq水波方程的波生沿岸流时域数值模型。控制方程在中等水深范围内具有较好的色散性和变浅作用性能,同时具有二阶完全非线性特征,适合描述近岸区域波浪强非线性运动。通过采用松弛造波方法实现了非线性波浪的无反射入射,采用周期性侧边界条件模拟开敞边界。通过数值试验,讨论了模型中主要参数对数值结果的影响。利用率定后的参数模拟了均匀坡度海岸上产生的沿岸流,通过和实验数据的对比验证了模型的准确性和适用性。利用模型数值模拟了不同波浪入射条件(包括周期、波高和波浪入射角度)对波生沿岸流的影响。 展开更多

关键词 boussinesq水波方程 数值模拟 波浪破碎 沿岸流

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扩展型Boussinesq水波方程的混合求解格式 被引量：8

5

作者 房克照 邹志利 +1 位作者 孙家文 刘忠波 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期699-705,共7页

为高效求解扩展型Boussinesq水波方程,建立了基于有限差分和有限体积方法的混合数值格式。将一维控制方程写为守恒形式,方程中通量部分采用有限体积方法求解,剩余部分采用有限差分方法求解。其中,有限体积方法采用Godunov类高分辨率格式... 为高效求解扩展型Boussinesq水波方程,建立了基于有限差分和有限体积方法的混合数值格式。将一维控制方程写为守恒形式,方程中通量部分采用有限体积方法求解,剩余部分采用有限差分方法求解。其中,有限体积方法采用Godunov类高分辨率格式,并结合HLL(Harten-Lax and van Leer)式黎曼问题近似解求界面数值通量,黎曼问题界面左右变量通过高精度状态插值方法(MUSCL)构筑。有限差分方法则采用具有二阶精度的中心差分公式进行。采用具有TVD(Total Variation Diminishing)性质的三阶龙格-库塔多步积分法进行时间积分。对数值模式进行了验证,数值结果同解析解或实验数据吻合良好。 展开更多

关键词 boussinesq水波方程 数值模拟 总变差减小 有限差分方法 有限体积方法

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应用二阶完全非线性Boussinesq方程模拟破碎波浪 被引量：6

6

作者 房克照 邹志利 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期96-103,共8页

建立了基于高阶Boussinesq水波方程的一维波浪破碎数值模型。基于一组具有二阶完全非线性特征的Bouss-inesq水波方程,建立了交错网格下的高精度差分格式,推导了适用于该组方程的永形波解析解,其和松弛造波技术相结合实现了数值波浪水槽... 建立了基于高阶Boussinesq水波方程的一维波浪破碎数值模型。基于一组具有二阶完全非线性特征的Bouss-inesq水波方程,建立了交错网格下的高精度差分格式,推导了适用于该组方程的永形波解析解,其和松弛造波技术相结合实现了数值波浪水槽中(强)非线性波浪的无反射入射。通过模拟封闭容器内水体晃动问题对数值格式进行了验证,通过模拟孤立波在斜坡海岸上的浅化过程说明了将方程从弱非线性发展到完全非线性的必要性。采用涡粘方法处理波浪破碎,利用物理模型实验数据,分析了模型中各波浪破碎参数对数值结果的影响并对参数进行了率定。应用该模型对规则波在斜坡海岸上的传播、变浅以及破碎过程进行了数值模拟研究,数值结果同实验数据吻合良好,验证了模型的有效性。 展开更多

关键词 boussinesq水波方程 非线性 波浪破碎 有限差分法 交错网格

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近似到O（μ~2）阶完全非线性的Boussinesq水波方程 被引量：6

7

作者 刘忠波 房克照 邹志利 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期556-561,共6页

为了获得具有更优性能的波浪传播数学模型,对一组近似到O(μ2)阶完全非线性的Boussinesq方程进行了改进,加强过程保留高阶非线性项,改进后的方程色散性能和非线性性能均有提高.该方程可以简化为多个以水深平均速度表达的二阶Boussinesq... 为了获得具有更优性能的波浪传播数学模型,对一组近似到O(μ2)阶完全非线性的Boussinesq方程进行了改进,加强过程保留高阶非线性项,改进后的方程色散性能和非线性性能均有提高.该方程可以简化为多个以水深平均速度表达的二阶Boussinesq类水波方程.理论分析了加强对方程二阶非线性和三阶非线性的影响,并将其同传统加强方式进行了比较,结果表明,含高阶非线性项的加强方式得到的方程性能更好.基于该方程,在非交错网格下建立了基于有限差分方法的高精度数值模型.利用数值模型模拟波浪在潜堤上的传播变形,探讨了2种不同加强方式以及非线性对数值结果的影响,结果表明,加强过程保留高阶非线性的方程模拟结果更佳. 展开更多

关键词 完全非线性 色散性 boussinesq水波方程 O(μ2)阶

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扩展型Boussinesq水波方程的一种改进有限体积/有限差分混合算法 被引量：5

8

作者 岳良毅 汪学锋 尤云祥 《水动力学研究与进展（A辑）》 CSCD 北大核心 2015年第5期477-484,共8页

为高效数值求解扩展型Boussinesq水波方程,采用一种近似变换方法,将动量方程中的混合导数项变换为纯空间导数项,建立了一种基于原始变量的新的守恒形式方程。对守恒形式方程中的通量项采用基于二阶迎风TVD格式的有限体积方法进行求解,... 为高效数值求解扩展型Boussinesq水波方程,采用一种近似变换方法,将动量方程中的混合导数项变换为纯空间导数项,建立了一种基于原始变量的新的守恒形式方程。对守恒形式方程中的通量项采用基于二阶迎风TVD格式的有限体积方法进行求解,时间导数项采用具有TVD性质的三阶龙格-库塔多步积分方法进行时间积分,剩余项采用中心差分方法进行计算,发展了扩展型Boussinesq水波方程的一种简单高效的混合有限体积/有限差分求解方法。该方法具有数值格式构造过程简单、无需可调参数、数值稳定性强等优点。利用典型波浪传播算例对数值模型进行了验证,计算结果与文献实验数据吻合良好。 展开更多

关键词 boussinesq水波方程 守恒形式 混合格式 波浪传播

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双层Boussinesq水波方程速度公式的修正

9

作者 刘忠波 韩青亮 +2 位作者 任双双 王彦 房克照 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期177-182,共6页

为提高Boussinesq水波方程中的速度精度,以最高空间导数为2的双层Boussinesq方程为研究对象,提出增加带有常系数的三阶项以修正速度公式.适用水深在0<kh<8(k为波数,h为静水深)范围内,以方程的水平速度和垂向速度与Stokes线性波速... 为提高Boussinesq水波方程中的速度精度,以最高空间导数为2的双层Boussinesq方程为研究对象,提出增加带有常系数的三阶项以修正速度公式.适用水深在0<kh<8(k为波数,h为静水深)范围内,以方程的水平速度和垂向速度与Stokes线性波速度解析解的积分误差最小为目标,优化系数取值.在1%误差内,改进公式水平速度和垂向速度的适用水深kh分别为7.34和7.83,均比原计算公式适用范围大.利用数值模型对稳态波和聚焦波演化进行计算,将最大波峰下的水平速度分别与流函数解析解和试验结果进行对比,发现改进后的吻合程度更高,验证了改进公式的有效性.研究表明,改进公式的速度精度有较大幅度提高,该方法可为其他Boussinesq模型的速度场改进提供重要参考. 展开更多

关键词 boussinesq水波方程 速度公式 解析解 数值模拟

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Boussinesq水波方程新型数值解法 被引量：3

10

作者 房克照 孙家文 +2 位作者 刘忠波 尹晶 张哲 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2014年第2期97-103,共7页

为建立高效的Boussinesq类水波数值模型,提出了一种新型的、基于有限差分和有限体积方法的混合数值格式。针对守恒形式的一维控制方程,在等间距矩形控制体内对其进行积分并离散,采用有限体积方法计算界面数值通量,剩余源项采用有限差分... 为建立高效的Boussinesq类水波数值模型,提出了一种新型的、基于有限差分和有限体积方法的混合数值格式。针对守恒形式的一维控制方程,在等间距矩形控制体内对其进行积分并离散,采用有限体积方法计算界面数值通量,剩余源项采用有限差分方法计算。其中,采用MUSTA格式并结合高精度状态插值方法计算控制体界面数值通量。时间积分则采用具有TVD性质的三阶龙格-库塔多步积分法进行。除验证模型外,重点对MUSTA格式和广泛使用的HLL格式进行了比较。结果表明,MUSTA格式可用于Boussinesq类水波方程数值求解,综合考虑数值精度、计算效率、程序编制和实际应用这几个方面,其较HLL格式更具有优势。 展开更多

关键词 boussinesq水波方程 混合格式 MUSTA HLL

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基于MUSTA格式的全非线性Boussinesq波浪传播数值模型 被引量：3

11

作者 房克照 王磊 +2 位作者 刘忠波 邹志利 尹晶 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第5期647-654,共8页

建立了求解二维全非线性布氏(Boussinesq)水波方程的有限差分/有限体积混合数值格式.针对守恒形式的控制方程,采用有限体积方法并结合MUSTA格式计算数值通量,剩余项则采用有限差分方法求解,采用具有总变差减小(totalvariationdiminishin... 建立了求解二维全非线性布氏(Boussinesq)水波方程的有限差分/有限体积混合数值格式.针对守恒形式的控制方程,采用有限体积方法并结合MUSTA格式计算数值通量,剩余项则采用有限差分方法求解,采用具有总变差减小(totalvariationdiminishing,TVD)性质的三阶龙格-库塔法进行时间积分.该格式具备间断捕捉、程序实现简单、数值稳定性强、海岸动边界以及波浪破碎处理方便和可调参数少等优点.利用典型算例对数值模型进行了验证,计算结果与实验数据吻合较好. 展开更多

关键词 boussinesq水波方程 数值模拟 MUSTA 全非线性 有限体积方法

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适合极端深水的双层高阶Boussinesq水波方程 被引量：2

12

作者 刘忠波 房克照 孙昭晨 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期997-1002,共6页

为精确描述深水强非线性波浪运动,本文推导了适用于极端水深、具有高精度色散和非线性特征的双层Boussinesq水波方程。首先把流体虚拟地划分为上下两层,对上下两层的速度势分别在静水面处和交界面处沿水深做泰勒展开,任一点速度可用此... 为精确描述深水强非线性波浪运动,本文推导了适用于极端水深、具有高精度色散和非线性特征的双层Boussinesq水波方程。首先把流体虚拟地划分为上下两层,对上下两层的速度势分别在静水面处和交界面处沿水深做泰勒展开,任一点速度可用此两处速度表达;其次在两层流体的中间水深位置上选择速度变量,进一步用两个计算水平速度矢量和两个垂向速度分量取代它们,依此速度表达流场内任一水深处的速度;最后结合自由表面的运动学方程和动力学方程、交界面上速度相等以及海底边界条件,推导了双层高阶Boussinesq水波方程。对该方程进行傅立叶分析,方程色散关系式为Padé(18,20),当分层位置为0.12倍静水深时,该方程具有非常优良的线性和非线性性能。在1%误差下,相速度适用水深可达kh=210,沿水深的速度剖面分布最大适用水深可达kh=114,二阶和差频最大适用水深可达kh=103。 展开更多

关键词 boussinesq水波方程 计算速度 色散性 非线性 和差频 速度剖面

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基于四阶完全非线性Boussinesq水波方程二维波浪传播数值模型 被引量：1

13

作者 房克照 邹志利 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2011年第1期32-40,共9页

建立基于四阶完全非线性Boussinesq水波方程的二维波浪传播数值模型。采用Kennedy等提出的涡粘方法模拟波浪破碎。在矩形网格上对控制方程进行离散,采用高精度的数值格式对离散方程进行数值求解。对规则波在具有三维特征地形上的传播过... 建立基于四阶完全非线性Boussinesq水波方程的二维波浪传播数值模型。采用Kennedy等提出的涡粘方法模拟波浪破碎。在矩形网格上对控制方程进行离散,采用高精度的数值格式对离散方程进行数值求解。对规则波在具有三维特征地形上的传播过程进行了数值模拟,通过数值模拟结果与实验结果的对比,对所建立的波浪传播模型进行了验证。同时,为了考察非线性对波浪传播的影响,给出和上述模型具有同阶色散性、变浅作用性能但仅具有二阶完全非线性特征的波浪模型的数值结果。通过对比两个模型的数值结果以及实验数据,讨论非线性在波浪传播过程中的作用。研究结果表明,所建立的Boussinesq水波方程在深水范围内不但具有较精确的色散性和变浅作用性能,而且具有四阶完全非线性特征,适合模拟波浪在近岸水域的非线性运动。 展开更多

关键词 boussinesq水波方程 波浪传播模型 波浪破碎 涡粘

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