水波理论PPT格式课件下载.ppt

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Chapter6.WaterWaveTheory海波的特点：

海波的特点：

较长较长（,）海波：

海波：

潮汐波潮汐波潮汐波潮汐波（tidal（tidalday）：

太阳和月亮引力太阳和月亮引力太阳和月亮引力太阳和月亮引力地震津波地震津波地震津波地震津波（tsunami）（tsunami）：

海底摇荡海底摇荡海底摇荡海底摇荡涌浪涌浪涌浪涌浪（groundswellgroundswell）:

暴风停止后的余留暴风停止后的余留暴风停止后的余留暴风停止后的余留风波风波风波风波（windwavewindwave）：

阵阵阵阵风作用风作用风作用风作用工程中常见的波：

工程中常见的波：

声波声波（soundwave）:

微弱压缩波微弱压缩波激波激波（shockwave）:

有限强度压缩波有限强度压缩波水波水波（waterwave）:

水表面波（水表面波（g）内波内波（internalwave）：

密度分层密度分层毛毛细细波波（capillarywave）:

表表面面张张力力（ripple）INTRODUCTIONINTRODUCTION风波和船行波的恢复力是重力风波和船行波的恢复力是重力海洋工程（海洋工程（海洋工程（海洋工程（OceanEngineering）OceanEngineering）海上钻井平台、海工结构物、海底管线、岸堤坝和港口设计；

海上钻井平台、海工结构物、海底管线、岸堤坝和港口设计；

海浪发电。

船舶工程船舶工程船舶工程船舶工程（NavalArchitecture）（NavalArchitecture）兴波理论（兴波理论（兴波理论（兴波理论（wavemaking,wavemaking,）、）、）、）、兴波阻力（兴波阻力（兴波阻力（兴波阻力（waveresistancewaveresistance）船舶摇摆（船舶摇摆（船舶摇摆（船舶摇摆（seakeepingseakeeping）、）、）、）、抨击（抨击（抨击（抨击（slammingslamming）、）、）、）、武器出入水武器出入水武器出入水武器出入水船舶操纵（船舶操纵（船舶操纵（船舶操纵（shipshipmanoeuveringmanoeuvering）水利工程水利工程水利工程水利工程（HydraulicEngineering）（HydraulicEngineering）水坝设计、明渠流动、河流动力学（川流、水跃）水坝设计、明渠流动、河流动力学（川流、水跃）水坝设计、明渠流动、河流动力学（川流、水跃）水坝设计、明渠流动、河流动力学（川流、水跃）应用应用应用应用（Applications）（Applications）波浪与结构物的相互作用波浪与结构物的相互作用波浪与结构物的相互作用波浪与结构物的相互作用oxzz=z（x,y,t）lah（x,y）6.1水波问题的基本方程和定解条件水波问题的基本方程和定解条件基本假定：

基本假定：

运动无旋运动无旋Kelvincondition理想流体理想流体不可压不可压重力场重力场不计表面张力不计表面张力压力场压力场6.1.16.1.1基本方程基本方程基本方程基本方程1底面不可穿透底面不可穿透（底面水平）（底面水平）2自由面运动学条件自由面运动学条件3自由面动力学条件自由面动力学条件6.1.26.1.26.1.26.1.2边界条件及其线性化边界条件及其线性化边界条件及其线性化边界条件及其线性化oxzz=z（x,y,t）ah（x,y）求解困难求解困难求解困难求解困难1假定假定2或自由面条件的线性化（微幅波）自由面条件的线性化（微幅波）自由面条件的线性化（微幅波）自由面条件的线性化（微幅波）：

oxzz=z（x,y,t）ah（x,y）作用于自由面和水中的两种扰动引起波动作用于自由面和水中的两种扰动引起波动线性水波问题线性水波问题线性水波问题线性水波问题定解条件定解条件定解条件定解条件：

线性波线性波线性波线性波物相互作用问题定解条件物相互作用问题定解条件物相互作用问题定解条件物相互作用问题定解条件：

求得液体的运动、自由面形状和压力分布。

6.1.36.1.36.1.36.1.3初始条件初始条件初始条件初始条件（initial（initialcondition）condition）设设平面驻波的速度势：

平面驻波的速度势：

6.2.16.2.16.2.16.2.1有限水深平面驻波的解（有限水深平面驻波的解（有限水深平面驻波的解（有限水深平面驻波的解（）色散关系：

色散关系：

通解（基元波叠加）：

6.26.26.26.2平面驻波平面驻波平面驻波平面驻波周期性解周期性解周期性解周期性解波动圆频率波动圆频率波动初相位波动初相位分离变量分离变量柱波周期性解：

柱波周期性解：

zoxllBB波动特征参数波动特征参数波动特征参数波动特征参数：

振幅振幅振幅振幅：

振动峰值高度：

振动峰值高度波高波高波高波高：

波峰波谷高度差：

波峰波谷高度差圆频率圆频率圆频率圆频率：

秒钟振动的次数秒钟振动的次数频率频率频率频率：

每秒钟振动的次数：

每秒钟振动的次数周期周期周期周期：

波面上下振动一次的时间：

波面上下振动一次的时间波长波长波长波长：

相邻两波峰间距：

相邻两波峰间距波数波数波数波数：

长度内波长个数长度内波长个数6.2.26.2.26.2.26.2.2平面驻波的运动特征平面驻波的运动特征平面驻波的运动特征平面驻波的运动特征讨论讨论讨论讨论特解代表的波浪运动特解代表的波浪运动特解代表的波浪运动特解代表的波浪运动（色散关系色散关系）zoxll节点a波波波波面面面面:

空间上是正弦曲线，时间上在空间上是正弦曲线，时间上在空间上是正弦曲线，时间上在空间上是正弦曲线，时间上在间周期性上下振动。

间周期性上下振动。

表面性：

离水面越远，波动衰减，即波动仅限于水面附近区域。

节节节节点点点点：

波波波波面面面面与与与与水水水水平平平平面面面面的的的的交交交交点点点点位位位位置置置置不不不不随随随随时时时时间间间间变变变变化化化化，波波波波形形形形不不不不向向向向左左左左右右右右传播，故称驻波。

传播，故称驻波。

驻驻驻驻波波波波实实实实例例例例：

常常常常常常常常发发发发生生生生于于于于有有有有界界界界域域域域（容容容容器器器器、油油油油船船船船）或或或或半半半半无无无无界界界界流流流流体体体体域域域域（垂直堤岸附近海域）内。

（垂直堤岸附近海域）内。

驻波运动特征：

zoxll节点a无限水深情况下波动以指数规律无限水深情况下波动以指数规律衰减衰减.在在处，处，流体几乎不动了。

，流体几乎不动了。

因此水深大于半个波长时，有限水深波动可按无限深处理。

6.2.36.2.3无限水深平面驻波无限水深平面驻波（色散关系色散关系）（progressivewave）6.36.3平面进行波平面进行波波形：

波形：

波峰位置波峰位置色色散散波波6.3.16.3.16.3.16.3.1波形及波速波形及波速波形及波速波形及波速波速：

波速：

（波速、相速度）（波速、相速度）色散关系色散关系海海洋洋中中的的潮潮汐汐波波与与河河流流中中的的水水跃跃（水水库库泻泻水水）均均属属于于长长波波，这这时时流流体体质质点点运运动动的的垂垂向向速速度度与与水平速度相比是个小量。

水平速度相比是个小量。

无限深水波无限深水波无限深水波无限深水波（deepwaterwave）（deepwaterwave）：

波越长，则跑得越快，波越长，则跑得越快，周期越长周期越长浅水波浅水波浅水波浅水波（shallowwaterwaveshallowwaterwave）：

）：

非非色色散散波波水底深度水底深度水底深度水底深度hhhh对波浪运动的影响对波浪运动的影响对波浪运动的影响对波浪运动的影响：

色色散散波波无限深水波无限深水波记记、为三种波的波速，为三种波的波速，、为无限和有限深水波的波长。

为无限和有限深水波的波长。

1234当当时时当当当当当当时时时时时时有限深水波有限深水波浅水波（长波）浅水波（长波）无限深、有限深和浅水波的比较无限深、有限深和浅水波的比较无限深、有限深和浅水波的比较无限深、有限深和浅水波的比较：

流体质点作简谐运动（不传播）；

质点速度随深度以指数递减。

质点运动速度：

质点运动轨迹：

6.3.26.3.26.3.26.3.2质点运动速度和轨迹质点运动速度和轨迹质点运动速度和轨迹质点运动速度和轨迹z=/2浅水波有限深水波深水波椭圆中心椭圆中心有限深有限深浅水波浅水波长轴一定长轴一定,短轴线性减小短轴线性减小无限深无限深等角速圆周运动等角速圆周运动轨迹曲线轨迹曲线轨迹曲线轨迹曲线zxx=x=/2波传播方向O波波浪浪中中的的质质点点在在运运动动过过程程中中经经过过不不同同的的位位置置时时，它它的的压压力力保保持持不变。

不变。

即即：

平平衡衡时时刻刻位位于于平平面面上上的的质质点点组组成成等等压压面面，在在波波动动过过程程中中它它们仍为等压面。

这些等压面称为次波面，由们仍为等压面。

这些等压面称为次波面，由决定决定6.3.36.3.3压力分布（无限深）压力分布（无限深）xzc波群的波长和波速波群的波长和波速:

无限深水波：

有限深水波：

浅水波：

6.46.4波群与群速度波群与群速度（wavegroup&

groupvelocity）wavegroup&

groupvelocity）图图6.5.2船波系船波系U散波散波横波横波54.441928UO船波船波运动压力点源的兴波，不同方向波叠运动压力点源的兴波，不同方向波叠船船压力点压力点压力点兴波图形压力点兴波图形压力点兴波图形压力点兴波图形波峰略弯波