深水聚焦波群的双层Boussinesq数值模拟

相位聚焦是生成聚焦大浪的一种常见方式,在生成强非线性大浪的演化过程中,不同频率波浪间的非线性相互作用扮演重要角色.精确模拟波面演化和大浪波峰值下的速度场,要求数值模型必须具有足够精确的线性、非线性性能以及速度分布特征.为此,基于双层Boussinesq方程建立了深水聚焦波的数值计算模型.首先针对深水线性波群进行数值模拟,并将数值结果与一阶Stokes波解析结果进行了比较,二者吻合很好,表明数值模型具有较好的色散性能;其次,对Baldock等开展的聚焦波物理模型试验进行数值模拟,并将聚焦位置处波面位移和沿水深分布的水平速度计算值与相应的模型试验结果进行比较,二者吻合程度良好,说明数值模型具有较精确的非线性和速度分布特性;最后计算了聚焦波峰面和波峰面处的水平速度随线性聚焦波幅以及线性聚焦位置的变化.结果表明,伴随线性聚焦波幅的增大,非线性聚焦波面和波峰面处的水平速度均呈现非线性增长趋势,而不同线性聚焦位置对聚焦波峰面和波峰面处的水平速度产生较大的影响,但其对局部最大波峰面的传播速度影响较小.