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流体力学顶级期刊《Physical Review Fluids》发表董国海教授团队非线性水波研究成果

2021年01月16日  点击:[]

近日,我院董国海教授团队在水波共振研究方面取得重要进展,首次发现了双向深水波列共振相互作用对波浪形态和流速分布的影响规律。该成果以Numerical investigation of third-order resonant interactions between two gravity wave trains in deep water为题,发表在流体力学顶级期刊《Physical Review Fluids。由董国海教授和马玉祥教授联合指导的博士生谢健健为第一作者。

两个不同方向传播的波浪系统叠加形成的混合浪是海洋中常见的海况(如图1所示),由于波浪的非线性共振相互作用,导致此类海况下的流场非常复杂,还会产生波高巨大的海浪,对航行船舶的安全造成巨大威胁。针对该问题,水动力学界一直应用英国学者M.S.Longuet-Higgins在1962年得到的理论来分析,然而M.S.Longuet-Higgins的理论只适合有限波高的波列,对大波高和大范围传播波列并不适用。

最近该团队通过自主研发的非静压表面流水波模型,完成了大范围共振和非共振态双向波列的相互作用,发现了双向波形成的波峰线随着传播距离增长逐渐发生弯曲和分裂的现象,该过程中波浪波峰处的流速逐渐偏离传统理论预测结果,Longuet-Higgins的理论并不能预测此类波浪形态的出现,该研究属于首次发现该类现象。进一步分析发现波浪形态变化是由于波浪能量向斜向传播的高频共振波成份传递引起的。该项研究对进一步揭示混合浪中极端波的产生机理和船舶水动力分析研究具有重要意义。

 

1. (a) 非共振波浪形态(b)共振波浪形态

 

2. 波面形态演化的局部俯视和侧视图

 

 

3. 不同传播位置处流速垂向分布的数值解和理论解的对比

 

Physical Review Fluids》是美国物理协会(APS, American Physical Society) 流体动力学领域旗舰期刊,该期刊致力于发表能够从根本上促进对流体动力学认知的创新性成果,侧重于流体运动背后的机理性研究,是国际流体力学领域公认的顶级期刊。

 

文章链接:https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevFluids.6.014801

 

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