数值模拟潜堤波浪变形与分裂现象研究

"这篇论文是2004年发表在《清华大学学报(自然科学版)》上的，由李本霞和余锡平合作完成，属于自然科学领域，主要探讨了潜堤上波浪分裂现象的数值分析。研究采用了势流理论为基础的数值模型，通过σ坐标变换处理自由表面和底面边界，以及利用海绵层消波和辐射条件来模拟无反射边界。该模型能够有效模拟波浪在潜堤前后的变形，尤其在模拟不同坡度潜堤上高次谐波的生成和波浪分裂现象方面表现出色，适用于解决二维强非线性势波问题。该研究得到了国家杰出青年科学基金的支持，并且通过对比物理模型实验结果验证了模型的准确性。" 本文的核心知识点包括： 1. **势流理论**：这是水动力学中的一个基础理论，它描述了无粘流体中的流动情况。在这个研究中，势流理论被用来建立波浪在潜堤附近的变形和分裂的数学模型。 2. **数值方法**：为了模拟波浪与潜堤相互作用的过程，研究人员开发了一种数值模型。这种方法能够处理复杂的非线性问题，比传统的解析方法更为灵活。 3. **域内源造波方法**：这是生成入射波浪的一种技术，通过在计算域内部设置源项来模拟波浪的产生，为数值模拟提供了初始条件。 4. **σ坐标变换**：这是一种在垂直方向上进行坐标变换的技术，使得在处理自由表面和底面边界时能实现精确匹配，同时简化了有限差分法的实施。 5. **海绵层消波加辐射条件**：在数值模型的边界处理中，使用海绵层可以吸收反射波，实现无反射边界条件，而辐射条件则确保波浪能量正确地向外传播。 6. **波浪变形特性**：研究比较了长波和短波在潜堤上的变形差异，这对于理解波浪在复杂海岸结构中的行为至关重要。 7. **波浪分裂现象**：当波浪遇到潜堤后，可能会分裂成多个较小的波，这一现象在模型中得到了良好的模拟。 8. **高次谐波的产生**：模型显示了在潜堤前坡上高次谐波的生成，这反映了波浪非线性性质的影响。 9. **二维强非线性势波问题**：所提出的模型可以应用于这类问题的求解，展示了其在实际工程应用中的潜力。 这篇论文提供了一个有效的数值工具，用于理解和预测波浪在潜堤上的行为，对于海洋工程、海岸防护设计等领域具有重要的理论和实践意义。