《分層流體非線性永形內波與剪下流相互作用研究》是依託大連理工大學,由王振擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：分層流體非線性永形內波與剪下流相互作用研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王振
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
非線性內波和剪下流相互作用對海洋結構物安全構成威脅，是海洋工程領域的重要研究課題。本項目結合理論分析，數值模擬和模型試驗研究非線性內波和剪下流的相互作用。具體包括（1）基於漸近多尺度分析和符號計算，推導並建立密度層化流體中剪下流與內波互相作用的全非線性數學模型，從理論上分析非線性內波和流相互作用的機理。（2）研究內波流作用的流場特徵，如流速，剪下強度和流動深度，對內波運動學特徵的影響，分析非線性內波與剪下流相互作用的色散關係，內波流相互作用下的極限波陡，不同模態內波的共振，內波流非線性相互作用對流場結構的影響。（3）建立非線性永形內波在剪下流場中瞬變演化的逆散射方法，模擬初始波形在剪下流中的瞬態演化。通過本項目研究，加深分層流體中非線性內波與剪下流相互作用的了解，為可能經受非線性內波流作用的海洋結構物的載荷分析和安全性評估提供依據。
結題摘要
非線性內波是分層流體中內部的大振幅波動，其引起的流場會對海洋結構物造成垂向運動作用，同時也會形成橫向剪下作用，對海洋平台、水下裝備等海洋結構物會造成極大地安全隱患。本項目通過建立分層流體的流體運動模型來研究分層流體非線性永形內波與剪下流相互作用，並且觀察總結各種內孤立波的運動規律和定量分析。在密度可變條件下建立非線性數學模型和相應的邊界條件，套用勢流理論和邊界積分方程建立完全非線性的數學模型，研究了單個點渦、兩個點渦和給定形狀水翼等多種水下擾動源運動所生成的內波的特徵，給出了其線性解析解的積分解析表達式，通過牛頓疊代法、擬牛頓疊代法給出了其全非線性數值解，總結了流場參數對生成內波的主要特徵參數的影響，分析了水翼外形對運動阻力變化等水動力學特徵。內波傳播和表面波耦合的邊界積分算法和模型試驗。基於大雷諾數的內波勢流理論，研究了兩層流體界面處的內孤立波的傳播演化和表面波的相互作用。給出了非局部Boussinesq方程的擬周期解及其漸進行為。提出了分段同倫分析方法（PHAM）求解形式適定的初值問題，引入延拓思想克服了同倫分析方法多項式基函式解的收斂區域的限制，證明了分段同倫方法收斂性。給出了描述N維氣泡振動的Rayleigh-Plesset方程的周期解構造問題，利用分段微分變換法分別構造了在自由表面張力為零和非零時的周期近似解。利用三角函式構造其周期參數解析解，得到了等溫和絕熱情形下氣泡振動半徑的精確振動周期。在非線性內波的生成機理和演化規律方面等方面，在Physics of Fluids等流體力學頂級期刊發表了論文24篇， 其中SCI檢索17篇，EI檢索4篇，培養研究生14人，青年教師2人。博士生獲得遼寧省優秀畢業生稱號1人次。碩士研究生獲得了大連理工大學優秀研究生和優秀畢業生稱號2人次。作為部分成果獲得了遼寧省科學技術獎勵二等獎，教育部自然科學一等獎。
