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研究生:何良勝
研究生(外文):Ho, Liang-Sheng
論文名稱:波浪非線性效應對波譜之影響
論文名稱(外文):Nonlinear Effects on the Wave Spectrum
指導教授:歐善惠歐善惠引用關係
指導教授(外文):Ou Shan-Hwei
學位類別:博士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:水利及海洋工程學系
學門:工程學門
學類:河海工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1996
畢業學年度:84
語文別:中文
論文頁數:91
中文關鍵詞:攝動法第一階波譜第二階波譜非線性效應有限水深波譜
外文關鍵詞:perturbation methodfirst-order spectrumsecond-order spectrumnonlinear effectfinite depth spectrum
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本文利用攝動法探討一紛紜波群於任一有限水深時,波浪因非線性效應的
影響,其第二階波譜能量分佈的變化情況。當水深為深海情況時,本文的
理論解析與Tick(1959)之結果相符合。應用理論解析結果,文中首先引用
有限水深波譜之 TMA波譜當作第一階波譜,於各種水深情況時,分別比較
第二階波譜的整体型態、較高頻及極低頻處的能量分佈與其總能量等的變
化情況。由解析結果得知,波浪非線性效應產生的能量,於第二階波譜之
極低頻與之較高頻處附近有尖峰主頻產生。第二階波譜的能量分佈與水深
有密切的關係,當相對水深時,由於波浪的非線性效應較為強烈,第二階
波譜的能量分佈變化較大,當時,波浪的非線性效應較弱,第二階波譜的
型態則趨於固定。 利用成份波
本身的高階非線性量與各成份波間相互作用之非線性量的關係,比較說明
不同型態的第一階波譜,其對應獲得的第二階波譜亦呈現不同的能量分佈
型態。由結果得知,屬於窄帶型的第一階波譜,其產生的第二階波譜能量
較為尖銳集中,且較高頻處之尖峰主頻產生於處,若屬於寬帶型的第一階
波譜,則其第二階波譜的能量分佈較為寬廣平滑,且其較高頻處之尖峰主
頻會往處位移。 以現
場實測資料與理論解析方式驗證第二階波譜極低頻處確切有能量分佈的情
況,由本文之解析結果顯示,當水深較淺時,第二階波譜極低頻處有大量
的能量顯現利用各種不同第一階波譜頻率成份波的方式,探討第二階波譜
能量分佈的變化情況。由結果顯示,當涵蓋第一階波譜頻率範圍的成份波
,大致即能呈現全部成份波非線性效應所產生的第二階譜的型態。
本文以一簡單化之水深參數作為修正深海波譜的參數,以此修正型波譜當
作第一階波譜,求解第二階波譜能量分佈的變化情況,同時與TMA波譜之
結果作一比較。由結果得知,除 之較淺水區域,其比較結果有較大差異
外,其餘水深情況時,兩者之第二階波譜的整体型態、較高頻及極低頻處
尖峰主頻值與其總能量等各方面的比較結果皆頗為近似。
A theoretical description of the nonlinear effects on the
second-order spectral components at arbitrary water depth by
means of the perturbation method is presented. The present
analysis is consistent with Tick''s result in the case of deep
water.
Based on the theoretical analysis, the TMA spectrum is
selected as the first-order spectrum to investigate the energy
distribution of the second- order spectrum. Comparisons of
both high and low frequencies as well as variations of
total energy from deep water to shallow water are made. The
the peak frequencie sat low frequency of σ/σ1p→0 and high
frequency of σ/σ1p=2.0 in the second-order spectrum. It is
found that the energ is highly related to water depth. The
nonlinear effects and variations of energy distribution
become significant asrelative depth d/Lo<0.2, while the
nonlinear effects are negligible and types of the second-
orderwave spectrum appear to be stable as d/Lo≧0.3.
Random waves of the second-order spectral components induced by
nonlinear interactions from different types of the known wave
spectrum are compared. The results show that the spectral
energy of the second-order spectrum in- duced by the first-
order spectrum with narrow band is steep and concent rated,
while the distribution of the second-order spectral energy is
wide and smoothfor the first-order spectrum with a broad band.
In addition, the peak frequency of the second-order spectrum is
found at σ/σ1p>2.0. The present theory is
also verified through field data. It is shown that there
really exists energy distributions of the second-order spectrum
in the range of low frequencies. A large amount of energy is
found at the low fre- quency domain for the second-order
spectrum. Different first-
order wave spectral components appear to produce dif- ferent
secondary interactions. In the present analysis, it is found
that the spectral components in the range of 0 <σ/σ1p≦4.0
approximately present a principal mechanism of nonlinear wave
energy distributions. A simple water depth
parameter is chosen to convert the deep water wave spectrum to
shallow water wave spectrum. This shallow water wave spectrum is
applied to investigate the variations of energy tranfer, and the
results are compared with results obtained from TMA spectrum.
Slightly difference occurs in the case of shallow water depth
of d/Lo=0.1. For the large water depths, the results seem to
be similar.
封面
中文摘要
英文摘要
目錄
圖表目錄
符號說明
第一章 緒論
1-1 研究目的
1-2 往昔研究
1-3 研究概要
1-4 本文組織
第二章 理論解析
2-1 控制方程式
2-2 波動流場之解析
2-3 波譜非線性效應之解析
第三章 解析解之印證
3-1 解析解之對稱性
3-2 深海情況之檢核
第四章 有限水深型波譜為第一階波譜之解析
4-1 第二階波譜形程之探討
4-2 第二階波譜極低頻處能量之驗証
4-3 第二階波譜型態特性之探討
4-4 局部成份波波譜型態之比較
第五章 修正型波譜為第一階波譜之解析
5-1 第二階波譜形成之探討
5-2 與TMA波譜結果之比較
5-3 第二階波譜型態特性之探討
5-4 局部成份波波譜型態之比較
第六章 結論與建議
6-1 結論
6-2 建議
參考文獻
附錄
簡歷
誌謝
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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