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波形不对称性对破碎指标的影响
作者:管理员    发布于:2016-07-18 08:36:56    文字:【】【】【

  1前言波浪在传播过程中随着水深的变浅,波高增加,波长减小,波形发生变化,当水深浅到一定程度时,波浪发生破碎。根据波高、波周期和岸滩坡度的不同,可分为崩波、卷波、塌波和滚波四种破碎波型。波浪在坡度较缓的浅水区破碎时,一般为崩波破碎,破碎时波峰变尖而波谷变平,波的前后波面也变得不对称,波峰前坡较后坡陡,呈现整个波形显著的不对称性。

  波形的不对称性参数有三个,一是在波峰区波前部分历时与波背部分历时之比值T'/T";二是整个波峰区历时与一个周期的比值(T'+T")/T;三是波峰与波谷的比值n/n,如所示。

  波形关于水平轴的不对称性在非线性波浪理论的研究中已经有相当长的历史,如Stokes波浪理论、流函数波浪理论、Cokelet波浪理论等。这些理则与波浪实际形态有较大差别。

  近二三十年来对波形关于波峰垂直轴不对称性已经开展了较多的理论研究,包括Boussinesq方程、MAC法、VOF法等。但这些方法大多只限于模拟波浪及波形的演变过程,对波浪破碎指标的影响却很少加以讨论。在1:200的缓坡上进行了规则波破碎的:表4波形不对称性参数0.17)时的破碎指标相近,dh/L0<0.04时,则与Nelson的破碎指标值较接近。从表4中可以看出,d,/L.〉0. /n值在2. 2~3.7之间,规则波波形关于垂直轴的不对称性尚不明显;h几。<躜均小于此5)0Ci3fe0.j3间in益值17藏成间波垂直轴的不对称性较为相对水深越浅,则越显著。

  从表4中还可以看出,随着坡度的变缓,T‘/T“值及(T+T"/T值逐渐变小,n/n值逐渐增大,即波形不对称性不仅与相对水深有关,还与海床底坡i有关。在本文计算过程中取底摩阻系数为工程常用值0. 02底摩阻系数对破碎指标的影响将另文专门讨论。

  从结果来看,可以认为波形关于垂直轴的不对称性对破碎指标具有重要的影响,合田的指标没有考虑这一影响。本文分析表明,当T/T“<0.8时,波形关于垂直轴不对称性明显,此时破碎指标值逐渐向Nelson值靠近,而与合田指标相差较大。

  4结论本文通过理论计算与实验结果对比,验证了数值计算的可靠性,并在此基础上对不同坡度上的规则波传播与变形进行了计算,结果认为在缓坡上规则波波形不对称性特别是对垂直轴的不对称性对破碎指标有重要影响,波形关于垂直轴的不对称性明显(T/T关。

  因计算机内存及计算精度的影响,在计算时采用了分区计算计算的不稳定性造成一定的误差,在计算规则波波形的不对称性的精度上方面尚待改进。

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