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适合极端深水的双层高阶Boussinesq水波方程
  • ISSN号:1006-7043
  • 期刊名称:《哈尔滨工程大学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O353.2[理学—流体力学;理学—力学]
  • 作者机构:[1]大连海事大学交通运输管理学院,辽宁大连116026, [2]大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连116023, [3]长沙理工大学水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室,湖南长沙410076
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(51579034);辽宁省教育厅科学研究一般项目(2015062);水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室开放基金项目(2015SS01);中央高校基本科研业务费专项资金(3132016052).
中文摘要:

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。

英文摘要:

To accurately describe strongly nonlinear wave motion in deep water, a new two-layer Boussinesq model for water waves is derived in this paper with excellent dispersive and nonlinear properties in extremely deep water. First, we separated the fluid into two parts:the upper layer and lower layer. Then, using Taylor expansion, we ex-panded the velocity potential in the vertical direction at the still water surface and interface, and the velocity at ar-bitrary water depths can be expressed by the velocities defined at z=0 and z=-h1 , respectively. Second, we re-placed these two velocities defined at z =0 and z=-h1 with two velocities defined at midwater depths within the two layers, which were further replaced by two computational velocities. Then, other velocities at arbitrary water depths could be expressed by these computational velocities. Finally, by applying this velocity information to dynamic and kinematic equations at the surface elevation to the velocity connection condition at z=-h1 and to the bottom condi-tion, we derived a two-layer Boussinesq model. A Fourier analysis is conducted to this model, and the linear dis-persion expression is Padé (18, 20). Moreover, when the interface water depth is set to h1= 0.12 h, the model exhibits extremely dispersive and highly nonlinear properties. Within 1%error, the model can be applicable to max-imum water depths kh=210 for phase celerity, kh=114 for vertical profile of the velocities, and kh=103 for super-and sub-harmonics.

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期刊信息
  • 《哈尔滨工程大学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中华人民共和国工业和信息化部
  • 主办单位:哈尔滨工程大学
  • 主编:杨士莪
  • 地址:哈尔滨市南岗区南通大街145号1号楼
  • 邮编:150001
  • 邮箱:xuebao@hrbeu.edu.cn
  • 电话:0451-82519357
  • 国际标准刊号:ISSN:1006-7043
  • 国内统一刊号:ISSN:23-1390/U
  • 邮发代号:14-111
  • 获奖情况:
  • 工信部科技期刊评比"优秀期刊奖",中国高校科技期刊评比"精品期刊奖","北方十佳期刊奖",首届黑龙江省政府出版奖--优秀期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),美国数学评论(网络版),波兰哥白尼索引,德国数学文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:11823