[发明专利]一种在实验水槽指定位置处产生极端波浪的方法

说明书

本发明是关于一种在实验水槽指定位置处产生极端波浪的方法，属于海洋工程及水动力实验研究技术领域。技术方案如下：根据实验室的水槽参数确定波浪参数，生成造波信号，将造波信号输入造波系统进行初始造波，判断波浪是否破碎，如果是，改变组成波的波幅和谱宽，重新确定波浪参数；如果没有破碎，则利用全相位傅里叶变换计算聚焦位置处的相位偏差，利用相位差修正造波信号，利用造波机生成波浪，判断聚焦位置处的相位调整是否收敛，如果不收敛，重新计算聚焦位置处的相位偏差；如果收敛，生成指定位置处的极端波浪。有益效果是：灵活控制水槽中极端波浪与结构模型的作用位置，精准地在水槽指定位置产生不同形态的极端波浪，提高了实验效率和精度。

技术领域

本发明属于海洋工程及水动力实验研究技术领域，涉及一种实验水槽中指定位置处产生极端波浪的方法

背景技术

极端波浪是海面上突然出现的单个异常大波浪，它给人类的生活和生产活动带来了严重的危害。为了避免极端波浪对海上结构物的危害，我们可以在实验水槽中对极端波浪进行模拟，为海洋工程结构物的设计提供依据。水槽中模拟极端大浪对结构物的作用时，结构模型往往体积庞大，造价昂贵，不方便移动。所以，现在需要一种能够精准控制波浪聚焦位置的方法，在指定位置生成所需的不同形状的极端波浪，从而准确的模拟出极端大浪、崩破波浪、卷破破浪在不同作用位置下对结构物的影响。

在现有的相位聚焦生成极端波浪的方法中，由于波与波的非线性相互作用，波浪在传播过程中，色散关系发生了改变，各组成波的传播速度不再符合线性波浪理论。所以，在指定位置处，各组成波的相位和理论相位产生了偏差，波浪的聚焦位置和聚焦时间都发生了改变。此外，在现有的生成极端波浪的方法中，无法判断聚焦点上下游的波面状况，还有可能在传播过程中出现了提前破碎和二次破碎的情况，导致极端波浪生成的位置和预设位置有很大偏差，需要反复移动模型结构，造成了成本的浪费。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种能够同时监测波浪聚焦过程的相位和波陡，反馈调节造波信号，在实验水槽指定位置处产生极端波浪的方法。技术方案如下：

一种在实验水槽指定位置处产生极端波浪的方法，步骤如下：

S1、根据实验室的水槽参数确定波浪参数；

S2、生成造波信号；

S3、将造波信号输入造波系统进行初始造波；

S4、判断波浪是否破碎；

S5、波浪如果破碎，改变组成波的波幅和谱宽，重新进入S1；波浪如果没有破碎，进入S6；

S6、利用全相位傅里叶变换计算聚焦位置处的相位偏差；

S7、利用相位差修正造波信号；

S8、利用造波系统生成波浪；

S9、判断聚焦位置处的相位调整是否收敛，如果不收敛，重新进入S6；如果收敛，进入S10；

S10、生成指定位置处的极端波浪。

进一步的，S2中生成造波信号的具体步骤为：

在自由水面上，将任意点处的波浪的波面Eta(x,t)表示为不同频率的规则波叠加的结果：

式中，A_j代表第j个组成波的波幅，k_j代表第j个组成波的波数，ω_j代表第j个组成波的频率，代表第j个组成波的初始相位；其中k_j和ω_j满足色散关系g表示当地的重力加速度，d表示水深；