海岸动力学课件：5.1 波浪破碎引起的动量转移5.2 辐射应力表达式(2010).ppt

1、1第九讲第九讲第五章第五章 海岸波生流海岸波生流 5.1 波浪破碎引起的动量转移波浪破碎引起的动量转移2沙滩会出现在哪？沙滩会出现在哪？n波浪近岸区如何变化波浪近岸区如何变化?3沿岸流的影响沿岸流的影响 无沿岸流无沿岸流有沿岸流有沿岸流4海岸流、波生近岸流海岸流、波生近岸流n波生近岸流波生近岸流( (海岸波生海岸波生流流) )：直接由波浪作用产生，主要限于破波带内及其邻近水域，主要包括向岸流、沿岸流和离岸流（裂流）海岸流组分海岸流组分1 1）垂直于岸线流速时程演变）垂直于岸线流速时程演变2 2）顺岸流速时程演变）顺岸流速时程演变5海岸流、近岸流图、表海岸流、近岸流图、表 示意示意1）纯沿岸流）

2、纯沿岸流2）对称近岸环流）对称近岸环流3）非对称近岸环流）非对称近岸环流6辐射应力原理辐射应力原理22221211puApuAFFApApAuAu2211121222流体对管壁的作用力流体对管壁的作用力7辐射应力原理辐射应力原理?三断面流量动量与动压力大小关系三断面流量动量与动压力大小关系22221211puApuAF伴随着波浪破碎引起的波高衰减伴随着波浪破碎引起的波高衰减,波浪运动量波浪运动量也将减小也将减小,减小的动量转化为波浪对流体的作用力减小的动量转化为波浪对流体的作用力;周围流体也将对波浪产生作用力周围流体也将对波浪产生作用力,维持波浪动量减小维持波浪动量减小8周围流体对波浪产生作用

3、力的两种形式通过改变平均水平面产生的流体静压力通过改变平均水平面产生的流体静压力通过产生平均水流通过产生平均水流,由水流产生水底摩擦力来维持波浪动量的减小由水流产生水底摩擦力来维持波浪动量的减小9微幅波的动量流和辐射应力 I动量流：是水质点的动量输送产生的222wwvwuvwvvuuwuvuM2220000wvvuuvuM的时间平均值为零 wvwuvwuw,动量流动量流雷诺应力雷诺应力具有具有 随机的性质随机的性质具有确定性的性质具有确定性的性质222wvwuwwvvuvwuvuuM？不同点？不同点紊流雷诺应力紊流雷诺应力动量流动量流10微幅波的动量流和辐射应力n波浪辐射应力波浪辐射应力002

4、hhzxxdzpdzupS002hhzyydzpdzvpShxyuvdzShxyvudzSyyyxxyxxSSSSSc(Pz+rho.u2)zZ=0X=costxy22221211puApuAF11微幅波的动量流和辐射应力n微幅波中的正向辐射应力 khkhgHSSSxxxxxxsinh22182321 hxxdzuS21 002hzxxdzppS 03dzpSzxx dzuShxx021 dzwShxx022 dzwuSShxxxx02221 220316121gHgdzpSzxxzgpwz2ggzpz 321002xxxxxxhhzxxSSSdzpdzupS12微幅波的动量流和辐射应力n微幅

5、波中的正向辐射应力海底LhSWLHxz khkhgHSSSxxxxxxsinh22182321 01yyS 2221612sinh8gHkhkhgHSyy 222203161cos8121gHtkxgHgdzpSzyy )2/1(2sinh82321nEkhkhgHSSSyyyyyy13微幅波的动量流和辐射应力n微幅波中的切向辐射应力0yxxySS210021200nnESSSSSyyyxxyxx1221sin2sin22sin21221coscossinsincos220nnnnnnESSSSSyyyxxyxx波浪传播方向与x轴一致: 波浪传播方向与x轴成 : 14近岸流控制方程近岸流控制方

6、程 0hVyhUxt bxxyxxxyxxxTyTxxgDSUVDySDUxtUD2 byyyyxyyyxyTyTxygDSDVySUVDxtVD2？问题问题：水深、波浪条件为输入条件Why? How?近岸流动量方程近岸流动量方程连续方程连续方程15简化后的近岸流方程简化后的近岸流方程0VDtUDtt 0yx0hVyhUx bxyxxxyxxxyTxTySxSxgDUVDyDUx2 byyyxyyyxyyTxTySxSygDDVyUVDx20hVyhUxt bxxyxxxyxxxTyTxxgDSUVDySDUxtUD2 byyyyxyyyxyTyTxygDSDVySUVDxtVD2波浪条件稳定

7、风速小假定1）：假定2）：16二、床面阻力项二、床面阻力项VVCf sin*coscos*costuVtuUvVuUVmmmu底部轨迹速度最大值 VtuVmcos sin*coscos*costuVtuUvVuUVmm0sin1cosuv0U VVCfbyVmmmutuVtu2coscos21222 VuCmfby2前提假设前提假设：平直海岸情况下，入射角很小：VU顺岸床面阻力顺岸床面阻力17三、侧向紊动掺混三、侧向紊动掺混 bxyxxxyxxxyTxTySxSxgDUVDyDUx2 byyyxyyyxyyTxTySxSygDDVyUVDx2xVyUDTTyxxyxUDTxx2yVDTyy2gDNxgDxN016. 00,NNx离岸线的距离 动量交换系数（均匀底坡平直岸线）紊流应力求解表达式紊流应力求解表达式