二維隨機(jī)波浪中畸形波的數(shù)值模擬.pdf

1、畸形波是一種在沒有預(yù)警的情況下突然發(fā)生，并迅速消失的災(zāi)害性事件。由于畸形波會給海洋建筑物和船只帶來巨大威脅，畸形波受到人們越來越多的重視。以往的研究主要集中在畸形波的生成機(jī)制，而在工程中我們更加關(guān)心的是畸形波的發(fā)生概率和如何預(yù)報。
　　本文采用四階非線性薛定諤方程模擬了二維JONSWAP譜情況下畸形波的生成。為了探討波浪參數(shù)對畸形波的影響，模擬實驗分成了多組初始波浪參數(shù)不同的工況。首先分析了深水不穩(wěn)定波列的演化過程?；尾◤男纬傻?/p>

2、消失的演化過程即調(diào)制—反調(diào)制的過程:調(diào)制過程中，畸形波位置處能量發(fā)生匯聚，波高升高，其附近的波高減小;反調(diào)制過程中，畸形波位置處波幅減小，直至畸形波的特征消失，其他位置處波高增大。
　　然后本文探討了峰度、有效波高、偏度值和波浪譜的演化過程以及JONSWAP譜參數(shù)對它們的影響。結(jié)果表明:Benjamin-Feir指數(shù)(BFI)是判斷波列不穩(wěn)定調(diào)制是否發(fā)生的重要參數(shù);峰度值的空間演化曲線和畸形波生成概率曲線趨勢一致，峰度值可以預(yù)測畸

3、形波生成概率的大小。在隨機(jī)波浪場中，譜寬較窄和有效波高較小時，畸形波較容易發(fā)生。有效波高和偏度值在波浪傳播過程中基本無變化，偏度的大小與初始波陡有關(guān)。波浪之間的非線性作用導(dǎo)致主頻處的能量向高頻和低頻部分傳遞，因此在波浪傳播過程中譜峰高度下降，頻譜變寬。在討論了前面一系列問題的基礎(chǔ)上，我們分析了Benjamin-Feir不穩(wěn)定性與深水畸形波的內(nèi)在聯(lián)系和畸形波的發(fā)生機(jī)制?；尾ǖ纳膳c波浪二階非線性和束縛波關(guān)系很小，畸形波的生成主要是四波共

4、振造成的，也就是Benjamin-Feir不穩(wěn)定性。
　　最后對模擬實驗波高進(jìn)行了統(tǒng)計分析。結(jié)果表明:對于BFI＜1.0的情況，模擬波高分布與瑞利分布基本一致;而對于BFI＞1.0的情況，由于發(fā)生了不穩(wěn)定調(diào)制，瑞利分布只在演化初期與模擬波高分布相吻合，在其他位置處瑞利分布會低估大波發(fā)生的概率，畸形波發(fā)生概率比瑞利分布預(yù)測的大一個數(shù)量級以上。初始有效波高較小，譜峰升高因子較大時，波高分布與瑞利分布的差異較大。Forristall分布