近岸破碎波浪数值模拟与Boussinesq方程改进

"破碎带波浪的数值模拟 (2007年) - 新世纪优秀人才支持计划(NCET-04-0267)资助项目 - 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室" 本文是自然科学领域的学术论文，主要研究了近岸水域波浪在变浅、破碎及海滩爬高过程中的数值模拟。研究人员基于色散关系改进了完全非线性Boussinesq方程，构建了一个能够模拟多种波浪变形的模型。Boussinesq方程是一种用于描述水波传播的有效工具，尤其适用于近岸环境，但其原版不包含耗散效应，无法直接处理波浪破碎导致的能量衰减。 为解决这一问题，论文中提到的模型在动量方程中引入了一个涡粘项，这个项仅在空间和时间上作用于波前，以模拟波浪破碎时的能量损失。同时，动海岸线边界条件通过窄缝法进行处理，以更精确地反映海岸线的变化。为了验证波浪爬高，该模型使用非线性浅水方程推导出的非破碎波浪在斜坡上的解析解进行对比。通过模拟波浪在斜坡上的破碎变形过程，并与物理模型实验结果对比，模型表现出了良好的一致性。 波浪破碎是一个复杂的现象，通常发生在波浪接近岸边、水深显著减小时。在破碎带，波浪经历强烈的变形，能量快速衰减，转化为湍流和飞溅。论文中提到的方法通过引入涡粘项来模拟这一现象，使得Boussinesq方程能够更好地捕捉近岸碎波带的动态特性。此外，研究者还讨论了不同类型的破碎变形，这有助于深入理解波浪动力学，对于海岸工程设计、海洋能捕获以及灾害预警等领域具有重要意义。 关键词包括Boussinesq模型、波浪破碎、破碎带和浅水，表明论文的核心内容集中在利用Boussinesq方程改进来模拟波浪在浅水和破碎带的行为。中图分类号P731.22和文献标识码A表明这是一篇关于海洋工程科学的学术研究。 这项工作展示了在数值模拟技术的帮助下，如何通过改进的Boussinesq方程来更准确地模拟波浪破碎及其在近岸区域的影响，为理解和预测海洋动力学提供了有力的工具。