波形情報と砕波による渦度供給過程に注目した砕波帯内動場のモデル化

破浪区内的运动场建模，重点关注波形信息和破浪产生的涡量供应过程

基本信息

批准号：
02650354
负责人：
武若聡
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1990
资助国家：
日本
起止时间：
1990 至 1991
项目状态：
已结题

项目摘要

物理性を有する一般的な沿岸波浪予測手法の確立を目指して,昨年度に引続き,以下のような検討を具体的に行った。1)波頂部前面での砕波による渦度供給のモデル化:砕波を伴う波浪場(turbulent bore)の物理過程は,砕波に伴う波頂部前面からの多量の渦度供給によって特徴づけられる。そこで,波頂部前面での砕波が平均流速場で見たときの剥離流の存在に対応していることに着目することにより,渦度供給量のモデルを開発した。このモデルは,boreの発達状態の違いによるいわば"砕波の程度"の差に対応した渦度供給量の変化を表現することが可能な一般性を持っている。2)砕波による供給渦度の移流拡散過程のモデル化:砕波に伴って供給された渦度は流体内部で移流拡散することになるが,その実際の物理過程はかなり複雑である。そこでここではその過程を現象の本質を失わない範囲でモデル化することを試みた。具体的には,水表現でのせん断力ゼロの条件がかなり支配的な条件となっていることに着目して,turbulent wakeモデルに基づいたモデル化を行った。3)重み付き残差法に基づく強分散性波動方程式の導出とその数値解法の開発:一般的な波動モデルの開発に際しては,上記のような砕波の効果の取り込みという課題に加えて、任意の不規則波動場をも取り扱い得る広い周波数帯域上で適用可能な強分散性の波動方程式が必要となる。そこでここでは,新たに重み付き残差法に基づいた定式化により,そのような任意のスペクトル帯域を有する波動場を扱い得る強分散性波動方程式を導出した。そして,この波動方程式の数値解去を領域境界での造波方法などとともに開発した。さらに,いくつかの計算例を通じてこの方程式の基本的な特性を明らかにした。

继去年之后，我们开展了以下具体研究，旨在建立具有物理性质的通用海岸波浪预测方法。 1）波峰前波破碎产生的涡量模拟：伴随波破碎的湍流孔的物理过程的特点是波峰前因波破碎而产生大量涡量。因此，我们通过关注波峰前的波破碎对应于在平均速度场中观察时分离流的存在这一事实，开发了涡量供应模型。该模型具有通用性，可以表达与孔发育状态差异引起的波破碎程度差异相对应的涡量供应变化。 2) 模拟碎波提供的涡量的平流扩散过程：碎波提供的涡量在流体内进行平流扩散，但实际的物理过程相当复杂。因此，我们试图在不失去现象本质的情况下对这个过程进行建模。具体来说，我们关注了水表示中的零剪切力条件是相当主导的事实，并开发了一个基于湍流尾流模型的模型。 3）基于加权残差法的强色散波动方程的推导及其数值解的开发：在开发通用波浪模型时，除了考虑上述破碎波的影响外，还需要一个强色散波动方程。色散波动方程可以应用于很宽的频率范围，并且可以处理不规则的波场。在这里，我们使用基于加权残差法的新公式推导了一个强色散波动方程，该方程可以处理具有任意谱带的波场。然后，我们开发了该波动方程的数值解以及在域边界产生波的方法。此外，通过一些计算例子阐明了该方程的基本特征。