非对称波边界层特性及输沙规律研究

波边界层特性与波浪掀沙规律是沿海湿地演化、海岸防护、港口航道、跨海桥梁及海底管线等工程中所迫切需要解决的重要科学难题之一。由于浅水非线性效应，沿海地区的水波往往是非对称的。然而，现有关于波浪掀沙的理论主要以线性对称波（正弦波）为基础，应用于实际工程有较大局限性。因此，非对称波及其掀沙的理论亟待发展。本项目将对非对称波边界层特性及其掀沙规律进行深入研究。首先，采用大涡模拟方法，研究非对称波边界层的流动特性，深入分析并获得速度剖面的时空变化过程、床面切应力过程，分析两者之间的相互关系，并揭示雷诺数、非对称度的影响规律。在此基础上，细致分析非对称波与对称波的流场特性和掀沙规律的异同，研究基于对称波理论的典型掀沙通量方法的适用条件，并进一步提出考虑加速度效应的波浪掀沙通量计算方法。本项目的研究一方面可以发展波浪掀沙理论，丰富非定常泥沙运动力学，另一方面还可为沿海相关工程的规划、设计提供科学依据。

波边界层特性与波浪掀沙规律是沿海湿地演化、海岸防护、港口航道、跨海桥梁及海底管线等工程中所迫切需要解决的重要科学难题之一。由于浅水非线性效应，沿海地区的水波往往是非对称的，或水质点速度的峰值和谷值不等而具有一定的非对称度，或加速和减速时段不等而具有一定的前倾度。然而，现有关于波浪输沙的理论主要以线性对称波（正/余弦波）为基础，应用于实际工程有较大局限性。因此，非对称波及其输沙的理论亟待发展。本项目深入研究了非对称波边界层特性及其输沙规律。首先，提出了采用非简谐振荡平板模拟非对称波边界层的物理模型，建立了非对称波边界层的大涡模拟模型，采用大涡模拟方法，研究了非对称波边界层的流动特性，深入分析并获得了速度剖面的时空过程、床面切应力过程、以及两者之间的相互关系，揭示了雷诺数、非对称度、前倾度对波边界层流动特性的影响规律。在此基础上，细致分析了非对称波与对称波的流场特性和输沙规律的异同，揭示了非线性波的非定常输沙规律，特别是非对称度、前倾度对加速和减速阶段输沙率的影响规律，获得了基于非定常特征的修正波浪输沙模型，探讨了基于对称波理论的波浪挟沙力的适用条件，初步揭示了椭余波与线性波挟沙力的差异。