首页 期刊 哈尔滨工程大学学报 适合极端深水的双层高阶Boussinesq水波方程 【正文】

适合极端深水的双层高阶Boussinesq水波方程

作者:刘忠波; 房克照; 孙昭晨 大连海事大学交通运输管理学院; 辽宁大连116026; 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室; 辽宁大连116023; 长沙理工大学水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室; 湖南长沙410076
boussinesq水波方程   计算速度   色散性   非线性   和差频  

摘要:为精确描述深水强非线性波浪运动,本文推导了适用于极端水深、具有高精度色散和非线性特征的双层Boussinesq水波方程。首先把流体虚拟地划分为上下两层,对上下两层的速度势分别在静水面处和交界面处沿水深做泰勒展开,任一点速度可用此两处速度表达;其次在两层流体的中间水深位置上选择速度变量,进一步用两个计算水平速度矢量和两个垂向速度分量取代它们,依此速度表达流场内任一水深处的速度;最后结合自由表面的运动学方程和动力学方程、交界面上速度相等以及海底边界条件,推导了双层高阶Boussinesq水波方程。对该方程进行傅立叶分析,方程色散关系式为Padé(18,20),当分层位置为0.12倍静水深时,该方程具有非常优良的线性和非线性性能。在1%误差下,相速度适用水深可达kh=210,沿水深的速度剖面分布最大适用水深可达kh=114,二阶和差频最大适用水深可达kh=103。

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