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非線性流函數(shù)在實驗風浪場計算中的應用

蔣昌波; 楊揚; 湯寒松 水利工程學院; 長沙理工大學; 湖南長沙410114; 土木工程學院; 紐約城市大學; 美國紐約10031

摘要:風作用于水面產(chǎn)生風浪,其中由于波流紊動產(chǎn)生的動量和能量的交換機制是一個很復雜的過程。風應力一般用來描述這種能量交換,可以分為3個部分:水面的剪切力、波生應力以及紊動應力。采用一種有效的非線性波流分離方法——NSFM(Nonlinear Stream Function Method)對波流運動的動量和能量輸移進行定性描述。構(gòu)造能夠有效表達非線性波浪的解析流函數(shù),攝動求解使其滿足拉普拉斯方程、動力邊界條件和運動邊界條件,結(jié)合實驗室風浪數(shù)據(jù),分離出波生速度場。通過交叉譜分析,得到波生雷諾應力在不同風速下對風應力的貢獻。結(jié)果表明:NSFM對不同工況條件下的風浪的處理具有較高的精度,模型適應性良好;且風速越大,波生應力沿著水深衰減得越快,且自由面波生應力在動量輸移中的比重會逐漸減弱。

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