(完整版)MIKE21SW简介

1、mike-21 spectral waves: theory & considerationsmike-21 sw(spectral waves)理论及注意事项sw培训课程上海, 2010.3杨春平mike-21 spectral waves: theory & considerations mike 21 sw 用于计算开放海区的波浪情况的后报与预报. mike-21 spectral waves: theory & considerations 使用的是与 mike-21 fm相同的非结构网格优点优点: - 将波浪与水流耦合将波浪与水流耦合;- 无需旋转网格无需旋转

2、网格;- 先进的解法先进的解法.mike-21 spectral waves: theory & considerationssw 可以计算:风生波风生波;波波非线性作用波波非线性作用;白浪损耗白浪损耗;底摩阻损耗底摩阻损耗;水深引起的波浪破碎损耗水深引起的波浪破碎损耗; 水深变化引起的折射、部分绕射、反射和浅水变形；水深变化引起的折射、部分绕射、反射和浅水变形；波流作用波流作用; 水位变化的影响。水位变化的影响。mike-21 spectral waves: theory & considerations 不能计算的有不能计算的有: 需要考虑波浪相位的情况如：需要考虑波浪相位

3、的情况如： 拍岸波拍岸波/边缘波边缘波mike-21 spectral waves: theory & considerations 物理机理波浪的传播基于波能守恒原理： 波作用守恒方程xgac ac ac ast mike-21 spectral waves: theory & considerations 物理机理 2 个不同的公式: 完全型谱 (fs); 参数化解耦 (ds). 参数化解耦(ds) : 关于频率: 通过波作用谱的零阶和一阶矩将频率参数化; 以波谱方向函数的形式结合到波作用守恒方程中。xgac ac ac ast mike-21 spectral waves

4、: theory & considerations 物理机理（续） 完全型谱公式 （fs） 频率空间不用参数描述; 完全用波作用守恒方程进行计算. 主要缺点: 计算时间: 为ds计算时间的5倍. mike-21 spectral waves: theory & considerations选择选择 ds 或或 fs 计算计算选择选择 准准定常定常或或 非定常非定常 的计算方法的计算方法mike-21 spectral waves: theory & considerations 非定常的解法非定常的解法: 包括独立的时间变量; 波能实时传递; 稳定标准：c.f.l. 主

5、要参量。mike-21 spectral waves: theory & considerations 定常的解法 = 不包括独立的时间变量： 在整个区域内波能的传递是瞬时的xgac ac ac ast 定常 假定mike-21 spectral waves: theory & considerations以 准定常的方式计算波浪随时间的变化波浪场离散为波浪场离散为一系列一系列定常定常状态状态进行计算进行计算mike-21 spectral waves: theory & considerations关于定常的假定 假定物理过程瞬时穿过模型的网格； 假定波浪随风瞬时改变

6、.通常应用于海岸地区研究；对于开敞海域:用非定常的解法.注意注意: 校核收敛区域校核收敛区域!mike-21 spectral waves: theory & considerations 该使用何种模拟公式？该使用何种模拟公式？ 完全型谱公式 (fs) 一般用于模拟波浪生长、衰减、风生浪以及近海和海岸区的涌浪。 然而，在下列情况下用计算时间要求较低的参数化解耦公式 (ds)就已足够: 小区域的波浪传播（空间范围小于10-15km） 完全成长的波浪为主要组成部分 混和浪或涌浪为次要考虑因素 注意，在ds公式中非定常解法不能考虑风的作用。mike-21 spectral waves: t

7、heory & considerations 该使用何种时间公式？该使用何种时间公式？ 在很多情况下用准定常公式已经足够，且比非定常公式需要的时间少. 合适的例子有： 当各种力（如风/水流/边界条件）随空间和时间缓慢变化时（小区域） ； 有限风区的风生波； 单个波浪可作为独立变量（波浪统计）。mike-21 spectral waves: theory & considerations 波流作用: 在非定常和准定常的模式中都可以考虑； 在水位和水流条件变化的情况下也便于进行波浪计算： sw 可计算辐射应力张量为水流模型中计算波生流提供输入条件mike-21 spectral w

8、aves: theory & considerationsmike-21 spectral waves: theory & considerations 风浪的生长风浪的生长 基于经验公式基于经验公式 有限风区情况下波浪的生长有限风区情况下波浪的生长mike-21 spectral waves: theory & considerations波浪反射波浪反射 指定反射边界条件指定反射边界条件 边界值在网格文件中指定边界值在网格文件中指定 反射系数在界面中给定反射系数在界面中给定 反射系数是基于波高的反射系数是基于波高的 忽略相位忽略相位 mike-21 spectral

9、 waves: theory & considerations波浪反射波浪反射 数值算例数值算例解析解解析解: hm0= hm0,i * sqrt(1+r2)r= 0r= 0.5r= 1mike-21 spectral waves: theory & considerations波浪绕射波浪绕射 基于基于holthuijsen et al (2003)提出的相解耦的提出的相解耦的折射折射-绕射方法；绕射方法； 使用基于缓坡方程的折射使用基于缓坡方程的折射-绕射假设，即忽略了相位绕射假设，即忽略了相位信息；信息； 不允许粘性波浪场（不允许粘性波浪场（coherent wave f

10、ield），），如港口中的驻波如港口中的驻波 使用和使用和mike 21 pms本质上相同的折射本质上相同的折射/绕射模绕射模型准则型准则mike-21 spectral waves: theory & considerations绕射绕射 数值算例数值算例 单一防波堤单一防波堤mike 21 bwmike-21 spectral waves: theory & considerationsmike-21 spectral waves: theory & considerations防波堤防波堤 数值算例数值算例mike 21 bw and pmsmike 21 swm

11、ike-21 spectral waves: theory & considerations防波堤防波堤 数值算例数值算例mike 21 bwmike 21 swmike-21 spectral waves: theory & considerations防波堤防波堤 数值算例数值算例mike-21 spectral waves: theory & considerations防波堤防波堤 数值算例数值算例mike-21 spectral waves: theory & considerations*) kirkwall marine实例作为实例作为mike 2

12、1 bw模型的模型的step by step教程教程mike 21 spectral waves fm - kirkwall marina, uk 计算网计算网格格mike 21 spectral waves fm - kirkwall marina, uk 来自于构筑物的反射来自于构筑物的反射map of mesh codes mike 21 spectral waves fm kirkwall marina, ukmike 21 bw计算结果计算结果mike 21 sw计算结果计算结果*)*) 采用采用ds (directionally decoupled parametric formu

13、lation) ，并考虑了波浪的绕射与反射，并考虑了波浪的绕射与反射mike 21 spectral waves fm kirkwall marina, ukmike 21 bw计算结果计算结果mike 21 sw计算结果计算结果*)*) 采用采用ds (directionally decoupled parametric formulation) ，并考虑了波浪的绕射与反射，并考虑了波浪的绕射与反射mike 21 spectral waves fm - kirkwall marina, uk mike 21 bw与物理模型模拟结果吻合较好与物理模型模拟结果吻合较好 mike 21 sw: 计算精度不如计算精度不如mike 21 bw模型模型对港内波浪的计算建议采用对港内波浪的计算建议采用mike 21 bw模型模型mike 21 bw模型计算结果模型计算结果和物理模型对比（波浪扰动系数）和物理模型对比（波浪扰动系数）mike-21 spectral waves: theory & considerations风浪风浪/涌浪混合边界条件涌浪混合边界条件 海洋边界数据海洋边界数据(eg. ukmo) 的