数值模拟生成Stokes波：非线性数值造波研究

"这篇文章是1999年发表在《清华大学学报(自然科学版)》上的科研论文，探讨了在数值模拟中生成Stokes波的方法，以服务于非线性波浪与结构物相互作用问题的研究。作者通过时域和频域的计算方法，提出了在数值波浪水池中生成高品质Stokes波的方案。" 本文主要讨论的是在数值波浪水池中生成Stokes波的技术，这对于研究非线性波浪与结构物的相互作用至关重要。Stokes波是一种理想的非线性波浪模型，常用于模拟海洋动力学和海岸工程中的复杂波浪现象。文章首先强调了优良的波浪环境条件对于这类研究的重要性。 在时域中，作者提出了一种模拟刚性剖面周期运动辐射生成Stokes波的方法。这种方法允许在数值波浪水池中产生带有波前的瞬态波形，使得试验模型能够在波前到达之前被定位，从而解决了时域模拟中的“初始条件困难”问题。 接着，论文在频域中对二维二阶辐射问题进行了数值求解。通过分析二阶辐射波的传播模式，找到了在水池中能够生成二阶意义下的纯正Stokes波的造波机运动形式。这种分析有助于理解非线性波的生成机制，并优化造波过程。 为了验证频域分析的结论，作者采用了基于势流假设的边界积分方程的时间步进法进行非线性数值造波的模拟。这一方法能有效地模拟由刚性剖面产生的二维规则波的生成过程。实验结果表明，能够在数值波浪水池中生成稳定且品质高的Stokes波。 该研究不仅提供了理论上的分析，还通过实际的数值模拟证明了其可行性。这为非线性波浪动力学研究提供了更精确的工具，也为数值波浪水池试验提供了实用的入射波模型。这项工作得到了国家自然科学基金的支持。 这篇论文在数值波浪水池技术领域做出了重要贡献，特别是在理解和生成高精度Stokes波方面，对后续的非线性波浪动力学研究具有深远的影响。