波-流相互作用的短峰波斑图动力学

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理想的二维水波理论的发展,几近完善;实际的三维水波理论的探讨,只是开始.从最基本的三维波—短峰波入手,无疑将为理解复杂的三维波况给予基础性的铺垫,进而发展到应用.本文基于此,并结合斑图动力学,从以下角度对短峰波斑图的演化进行了观察和刻画: 1.普遍的波-流相互作用机制必然会反映在短峰波的发生、成长、传播过程中,而表面张力的影响亦会在此中充分表现出来.从三维波运动的一般非线性控制方程及其边界条件出发,在常水深和考虑表面张力效应的情形下,获取短峰波在均匀流作用下的一阶、二阶渐近解,据此得到描述短峰波特征的各物理变量表达式和在不同波况组合下的一系列短峰波斑图,从中显示出短峰波斑图“峰陡谷缓”、或“峰缓谷陡”的一般对称性特征. 2.海浪从深水一路行至近岸浅水处,直至破碎而形成典型的沿岸流运动.那么,此种近岸流对短峰波产生何种影响?从均匀沿岸流入手,波浪倾斜入射岸壁、反射而汇合成短峰波,以此构造一线性系统进行描述,得其解析解,并辅之于斑图加以分析.最后,着眼于浅水、深水域两大自然分野而给出相应的位移场、速度场、压力场的解析表达式. 本文顺应水波动力学由二维走向三维的前沿变迁趋势,将最基本的三维短峰波置身于极为普遍的波-流相互作用机制中、并配备于斑图动力学的观点、方法而一并加以考察、分析和刻画,得到了一系列渐近解、解析解和斑图解.这就为认识、描述复杂的海洋三维波态提供了有益的启示、佐证,对广泛的工程应用也能起到一种积极的参考作用.
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