三维随机波浪场中畸形波的模拟生成与基本特性研究

目前已经明确畸形波广泛存在于世界各大海域，在我国东、南海海域也时有发生，对我国目前致力进行300～3000m深水大中型油气田勘探开发工程极易造成毁灭性灾害。由于畸形波的复杂性，以前的研究主要集中在二维情况，迄今为止，国内外尚无三维随机波浪场中数值、物理实现畸形波的有关报道。 .本项目旨在二维随机波浪场中畸形波数值、物理实现的基础上，实现三维随机波浪场中畸形波的物理生成和数值模拟。重点研究三维随机波浪场中畸形波高效、可控物理生成方法和技术，在实验室水池内可控制地再现天然状态下难以观测捕捉到的三维畸形波。采用非线性数值波浪模型，直接模拟物理模型试验实测得到的畸形波生成、发展、演化过程，数值模拟三维随机波浪场中畸形波的生成。研究三维随机波浪场中畸形波的内、外部结构特性及两者的关系。预期本项目实施将形成一套在三维随机波浪场物理生成和数值模拟畸形波的方法与技术，把握三维随机波浪场中畸形波的基本特性。

本项目旨在建立三维随机波浪场中生成畸形波的理论模型，提供有效的物理生成技术和数值计算方法并探讨三维随机波浪场中畸形波的内、外部结构特性。.采用一个基本随机波列和两个瞬态波列相叠加的“三波列叠加模型”，结合波浪方向谱，建立三维随机波浪场中数值生成畸形波理论模型；计算得到包含畸形波的波列，通过传递函数转化为控制水池蛇形造波机的信号序列，推动造波机进行水池中的畸形波物理生成试验，掌握了在三维随机波浪场中物理生成畸形波的全套技术，实现了在实验室三维水池畸形波的可控制生成。. 采用对N-S方程时均化后的雷诺方程作为计算域内的控制方程。数值计算采用VOF方法，建立三维数值波浪水池。引入畸形波造波边界，实现了数值模拟畸形波的生成及传播过程。重点关注畸形波生成和演化生成二次畸形波两个重要的节点研究，考察汇聚能量、有效波高和谱峰周期的改变对各节点畸形波特征参数影响，增强对畸形波的感性认识。.利用小波变换对实验室畸形波生成过程中记录的波面时间序列，重点是大波谷（畸形波生成前）-畸形波-大波谷（畸形波生成后）-二次畸形波四个重要的节点进行时频分析，得到畸形波生成过程中在时间-频率域内的分布特性和变化规律，并运用这些规律对实测资料中无法识别的畸形波生成阶段进行判别。汇聚能量和组成波个数是畸形波生成演化过程中最重要的影响因素，对比了不同比例的能量汇聚及不同个数组成波，生成畸形波及过程中在时间-频率域内的分布特性和变化规律。.对畸形波与平台上部结构冲击作用进行了试验研究，考虑了畸形波生成地点与平台位置变化时，畸形波演化过程中对平台的作用，重点分析畸形波生成前后对平台的作用。研究发现除了畸形波在平台位置生成会对平台产生冲击外，畸形波在平台前2~5m，约1~2.5倍波长的范围内生成演化后对平台的冲击作用也很大。如果没有破碎发生，有些工况中比畸形波在平台位置生成时还要大，值得注意。