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基于边界层理论的分层液膜非线性内波的研究

新疆大学学报（自然科学版） 2012年第3期29卷 323-327页

作者：樊小朝史瑞静新疆大学电气工程学院新疆乌鲁木齐830047

从描述流体流动的Navier-Stokes方程出发,考虑壁面倾斜角度和粘性影响,利用边界层理论对方程进行了简化,再引人流函数变换,经过化简得到带粘性项的Long方程.然后利用摄动法小扰动展开,导出了分层液膜非线性内波的演化方程,最后利用数学... 详细信息

从描述流体流动的Navier-Stokes方程出发,考虑壁面倾斜角度和粘性影响,利用边界层理论对方程进行了简化,再引人流函数变换,经过化简得到带粘性项的Long方程.然后利用摄动法小扰动展开,导出了分层液膜非线性内波的演化方程,最后利用数学软件编程进行了数值求解,得到了在一定密度分布特定条件下的近似解析解.

关键词：分层液膜边界层理论非线性内波

基于数据驱动的非线性内波对水下潜体运动影响仿真分析

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指挥控制与仿真 2020年第6期42卷 103-106页

作者：高国兴江禅志赵建昕武志东张西托王立伟海军潜艇学院山东青岛266199

以海洋内波流场和密度场数值模拟结果作为外部驱动数据,提出基于数据驱动的潜体受内波影响的仿真分析方法,利用六自由度运动方程计算了潜体以不同潜深和初始速度通过模拟内波区时的运动响应,并根据运动响应的定量分析结果和非线性内波特... 详细信息

以海洋内波流场和密度场数值模拟结果作为外部驱动数据,提出基于数据驱动的潜体受内波影响的仿真分析方法,利用六自由度运动方程计算了潜体以不同潜深和初始速度通过模拟内波区时的运动响应,并根据运动响应的定量分析结果和非线性内波特点,给出了潜体水下航行安全及操纵的初步建议,该研究对于潜体水下航行安全具有重要应用价值。

关键词：数据驱动非线性内波六自由度

南中国海非线性内波对水声信道时空相关的影响

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南中国海非线性内波对水声信道时空相关的影响

中国声学学会2006年全国声学学术会议

作者：吴立新陈曦汪俊中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室

＜正＞1．引言在南海北部海域,内波是引起海洋声场起伏的主要原因。频繁的内波活动使得水声信道的时空稳定性变差,形成具有时-空-频变特征的复杂水声快变信道。本文对南中国海实验数据进行了分析处理。研究表明,非线性孤子内波活动使实... 详细信息

＜正＞1．引言在南海北部海域,内波是引起海洋声场起伏的主要原因。频繁的内波活动使得水声信道的时空稳定性变差,形成具有时-空-频变特征的复杂水声快变信道。本文对南中国海实验数据进行了分析处理。研究表明,非线性孤子内波活动使实验海区声场产生了强烈的时空去（退,解）相关效应,是实验中声场时间- 空间相关尺度下降的主要原因。

关键词：南中国海非线性内波水声信道海洋声场

来源： cnki会议评论

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海南岛南部海区非线性内波特征分析

海洋湖沼通报 2008年第2期 8-15页

作者：胡涛马力张云鹏中国科学院声学研究所北京100080

2004年6月在南海海南岛南部海域进行了内波观测实验,实验中使用了3条温度链组成链阵,来估计内波在该海区传播的方向和速度。实验中发现了非线性内波群的活动。对潮汐的测量表明,非线性内波群出现在海区的涨潮时刻。计算得到实验海区内波... 详细信息

2004年6月在南海海南岛南部海域进行了内波观测实验,实验中使用了3条温度链组成链阵,来估计内波在该海区传播的方向和速度。实验中发现了非线性内波群的活动。对潮汐的测量表明,非线性内波群出现在海区的涨潮时刻。计算得到实验海区内波(非线性波群)速度约为0.54m/s。测量有效数据从29日10:00~30日14:00,只发现了一组非线性内波群,说明该海区的非线性内波群不同于别的海区所观测到具有半日潮周期的非线性内波。对非线性内波波形分析可以看出,KdV(Korteweg-de Vries)方程的dn2(x,t)解能比较好的描述得到的内波波形。数据表明非线性内波群在爬坡传播过程中随波包范围的不断扩张,波峰间距离有减小的趋势。对高频线性内波(非线性内波出现前后)的分析表明,高频线性内波中周期为15min^12min的波动成份的能量比较突出,这与非线性内波群中单个波包周期基本吻合,说明非线性内波群在传播扩张过程中其衰落的尾迹分散到了两个非线性波包之间的水体中。

关键词：非线性内波周期传播

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分层流体中非线性内波模型的数值分析

分层流体中非线性内波模型的数值分析

作者：吴常红大连理工大学

学位级别：硕士

本文探讨分别位于上层和下层流体的运动点涡对产生的界面内波的影响,和下层流体中运动水翼对两层流体内波的影响。假定两层流体分别以不同的速度平行于界面流动,应用势流理论和界面的非线性边界条件建立分层流体模型。对于点涡位于下层... 详细信息

本文探讨分别位于上层和下层流体的运动点涡对产生的界面内波的影响,和下层流体中运动水翼对两层流体内波的影响。假定两层流体分别以不同的速度平行于界面流动,应用势流理论和界面的非线性边界条件建立分层流体模型。对于点涡位于下层流体、点涡位于上层流体、水翼位于下层流体分别建立完全非线性的数学模型。在点涡模型中,分别讨论点涡位于上层流体和下层流体两种情况,对运动点涡产生的全非线性内波分别建立边界积分方程,构造关于非线性界面内波的积分微分方程组,并通过基于拟牛顿法的数值计算方法得到界面内波的数值结果。数值结果显示在等强度的点涡和相同的来流条件下,点涡位于上层流体中所引起的界面内波波幅远小于点涡位于下层流体中所引起的界面内波振幅,并且它们的振幅比值随着上层和下层流体密度比增大而增大,但总是小于1.在水翼模型中,对水翼产生的全非线性内波建立边界积分方程,构造关于非线性界面内波的积分微分方程组,并通过基于拟牛顿法的数值计算方法得到界面内波的数值结果。并分析水翼的所在位置深度和厚度,Froude数和上下层流体的密度比对内波的影响。数值结果显示,内波波形图取决于Froude数。考虑如下情况,h=1,β=0.01,ρ=0.5,当F内波的第一个波谷的振幅比其它波谷大,而当F≥0.4时,第一个波谷的振幅与其它波谷相似。在非定常流中,当两层流体之间的界面处存在较大的速度差异时,会发生Kelvin-Helmholtz不稳定性。随着水翼厚度的增加,振幅随之增大,但波长基本保持不变。随着上下层流体密度比的增大,振幅和波长显著增加。随着无量纲深度h的增大,振幅首先增大。当F=0.4,β=0.05,ρ=0.5时,在大约h=0.4时达到最大值,然后减小。特别是,内波的振幅比相应的自由表面波的振幅要大得多。

关键词：分层流体非线性内波点涡水翼势流理论边界积分方程

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利用声场简正波幅度起伏反演内波传播速度

哈尔滨工程大学学报 2020年第10期41卷 1518-1523页

作者：胡涛王臻郭圣明马力中国科学院水声环境特性重点实验室北京100190 中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

针对内波参数声学反演方法缺乏有效的试验验证问题,本文对Rouself等推导的单一内波环境下非线性内波速度与声场简正波起伏周期成正比关系的适用条件进行了讨论,提出多种内波共存环境下内波传播速度的声学反演方法,当非线性内波引起声场... 详细信息

针对内波参数声学反演方法缺乏有效的试验验证问题,本文对Rouself等推导的单一内波环境下非线性内波速度与声场简正波起伏周期成正比关系的适用条件进行了讨论,提出多种内波共存环境下内波传播速度的声学反演方法,当非线性内波引起声场简正波耦合时,可通过提取单阶简正波起伏周期来反演内波速度。利用2011年黄海内波(内潮和非线性内波)与声场起伏同步观测数据,成功实现了黄海内波传播速度的声学反演,验证了多种内波共存环境利用简正波幅度起伏反演内波传播速度的可行性。

关键词：黄海内潮非线性内波传播速度声场起伏简正波耦合简正波起伏周期声学反演

veKdv方程的若干系数在南海北部的地理分布特征及其季节变化分析

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海洋学报 2013年第5期35卷 46-58页

作者：廖光洪黄韦艮袁耀初徐晓华杨成浩王惠群陈洪中国海洋大学信息科学与工程学院山东青岛266003 卫星海洋环境动力学国家重点实验室国家海洋局第二海洋研究所浙江杭州310012

应用中国近海及邻近海域海洋再分析资料(简称CORA)研究南海北部第一模态内波场运动学参数的地理分布特征及其季节变化。首先分析了Brunt-Visl频率的统计特征;其次,基于弱非线性变系数扩展Kortewed-de Vries(veKdv)方程模型,计算... 详细信息

应用中国近海及邻近海域海洋再分析资料(简称CORA)研究南海北部第一模态内波场运动学参数的地理分布特征及其季节变化。首先分析了Brunt-Visl频率的统计特征;其次,基于弱非线性变系数扩展Kortewed-de Vries(veKdv)方程模型,计算了它的输入系数,即线性长波相速度,平方和立方非线性系数和频散系数,这些参数可用于定性评估内孤立波传播可能的极性,内孤立波的形态,幅度限制以及传播速度等。分析结果表明,南海北部季节性密度跃层从2月开始出现,最大浮力频率约在20m。它在6—7月达到最强,自8月开始减弱,在10月消退。另一密度跃层出现在8—11月,最大浮力频率约在80m,冬季大致在120m。季节性密度跃层在4—9月十分明显,而8—10月双跃层现象显著,冬季仅出现较弱的第二密度跃层。在1—3月和10—12月海盆深水区最大Brunt-Visl频率值要大于陆架浅水区;而在5—9月情况则相反。Brunt-Visl频率最大值所在深度随季节变化显著,冬季最深,6—7月则最浅。计算的线性内波相速度、频散系数和幅度放大因子的空间特征主要取决于地形变化;平方(立方)非线性系数与地形关系较小,随季节变化明显,它们主要取决于局地海洋环境特征。通过分析veKdv方程的系数特征,解释了为何在夏季南海北部最容易观测到大振幅内孤立波和在吕宋海峡以东海域难以观测到孤立波的原因。

关键词：非线性内波 veKdv方程运动学参数南海北部中国海洋再分析系统

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双层流体下对称的双地形对界面内波的影响

双层流体下对称的双地形对界面内波的影响

作者：李良玉大连理工大学

学位级别：硕士

本文探讨下层流体中运动的两个地形对界面内波的影响,其中两层流体均为有限深,上层流体表面满足刚盖假定。假定两层流体分别以不同的速度平行于界面流动,应用势流理论和边界积分方程法建立分层流体模型。基于拟牛顿法的数值计算方法得... 详细信息

本文探讨下层流体中运动的两个地形对界面内波的影响,其中两层流体均为有限深,上层流体表面满足刚盖假定。假定两层流体分别以不同的速度平行于界面流动,应用势流理论和边界积分方程法建立分层流体模型。基于拟牛顿法的数值计算方法得到界面内波的数值结果,同时求解对应的线性问题得到界面内波的线性解析解。由两地形引起的非线性界面波特点可以给出并与线性解结果进行对比。单地形和双地形分别对应的线性解和非线性解在不同参数下引起下游稳定波波形、波幅的变化。随着两地形距离增加,线性解和非线性解对应的下游稳定波波幅呈现周期性变化。下游稳定波振幅随着上下层密度比增大而增大。

关键词：分层流体非线性内波线性解析解地形势流理论边界积分方程拟牛顿法

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往复潮流过地形生成内波的实验研究

往复潮流过地形生成内波的实验研究

作者：贾晓娜中国海洋大学

学位级别：硕士

内波普遍存在于密度层结稳定的全球海洋中，在全球各近海陆架区经常可以看到，海洋内波生成与内波混合是海洋中普遍存在的现象。正压潮流经过海底地形变化剧烈的地方，尤其是经过陡峭的海底山脊时会产生明显的内潮，所以海底山脊地形对... 详细信息

内波普遍存在于密度层结稳定的全球海洋中，在全球各近海陆架区经常可以看到，海洋内波生成与内波混合是海洋中普遍存在的现象。正压潮流经过海底地形变化剧烈的地方，尤其是经过陡峭的海底山脊时会产生明显的内潮，所以海底山脊地形对于内潮的产生具有重要的意义。此外，正压潮流经过海底地形产生内潮的过程中同时伴随着能量的传递与转化。定量计算内潮能量传输对于海洋中大、中、小尺度运动之间能量的传递有重要意义。根据正压潮频率与浮性频率N的比值ω/N和地形与水平方向夹角的正弦值sinα之间的关系，分为超临界、临界和亚临界三种情形。本文中将分别就线性分层和非线性分层两种密度层结情形下的超临界、临界和亚临界三种情形的内潮实验进行对比分析。在真实海洋中，正压潮流在海底地形激发生成内潮后，在某一些特定环境下，内潮会激发产生内孤立波，内孤立波在近海经常可以观测到。相比一般的内波，内孤立波的振幅比较大、传播速度较快而周期比较短。内孤立波的出现形式一般有两种，一种是单个的内孤立波;另一种是一组内孤立波波列，内孤立波对海上的交通运输以及海上工程建筑（如输油、气管道，电缆和石油平台等）有着巨大的影响和威胁。因此，研究内孤立波对人类生命和生活具有十分重要的意义。目前，关于海洋中内孤立波的生成机制，主要归结为两种（方欣华和杜涛，2005)：一种是内潮机制;另外一种是山后波机制。本实验中我们就正压潮流过海底地形生成内潮过程和内孤立波生成机制，在实验室中采用往复流经过山脊和立板地形过程来模拟海洋中的正压潮流。共进行了三种类型的内波实验：1）线性分层流体中的内潮实验;2）非线性分层流体中的内潮实验;3）非线性内波生成实验。利用国际上先进的PIV（Particle Image Velocimetry）技术和合成纹影技术（Synthetic Schilieren）对流速场和密度场进行了同步测量，首次定量计算了内波生成过程中斜压能量和能通量，分析了内波能量时空分布及传输特性。无论从实验技术还是研究问题上都具有一定的创新性。这些实验结果能够为海洋内波实地观测提供实验依据，还能为内波的数值模拟研究提供参考数据，在物理海洋学和军事海洋学都具有重要的应用价值。

关键词：正压潮流内潮海底地形斜压能量非线性内波