1、1第六讲第六讲第一节第一节 波浪边界层和底摩擦力波浪边界层和底摩擦力 前一讲：前一讲：波浪在浅水中的变化波浪在浅水中的变化 波浪在浅水中的变化的主要内容波浪在浅水中的变化的主要内容？ 2第一节第一节 波浪边界层和底摩阻力波浪边界层和底摩阻力 n摩阻损失n渗透损失n泥面波阻力损失3波摩阻引起的波高衰减波摩阻引起的波高衰减 xbDEcnbEcnbfii1波能平衡：波能平衡：UDbf波能损耗率：波能损耗率：DfDf的确定方法的确定方法？剪切应力波浪水质点水平速度422221mmbfuuUDdtdzzUuTdtUTdzdtzuTdtdzzuuTdzdtzuTDTbTbTTTf 000000000011
2、111层流边界层时底摩阻层流边界层时底摩阻21波浪边界层厚度：波浪边界层厚度：610m2/s ztkxeUzUuzmb2sin225层流边界层运动方程层流边界层运动方程zxptu11zutkxuUmcos22zuUut层流边界层内流体运动方程层流边界层内流体运动方程xptU1层流边界层外流体运动方程层流边界层外流体运动方程khAumsinh（3-13-1）（3-23-2）层流边界层运动方程层流边界层运动方程6层流边界层剪切应力层流边界层剪切应力22zuUutUuur22zuutrr tkxirezVuhz0utkxuUumrcos0z0ruVudzVd222mVV 0VhziBhziAV21e
3、xp21exphz0zmUBA , 07层流边界层时剪切应力层流边界层时剪切应力hziBhziAV21exp21expmUBA , 0ztkxzUumr2cos2expztkxetkxUUuuzmrcoscos24coscossin00tkxUeztkxztkxUzumzzmzb8层流边界层时底摩阻层流边界层时底摩阻4coscossin00tkxUeztkxztkxUzumzzmzbztkxeUzUuzm2sin22dtdzzUuTdtUTdzdtzuTdtdzzuuTdzdtzuTDTTbTTTf 00000000001111122221mmbfUUUDztkxetkxUUuuzmrcosc
4、osUUfwb21tuUmcos波浪水质点瞬间速度波浪水质点瞬间速度 dttTufdtUUfTUDTmwTwbf03302cos121211khTHumsinh134cos103dttTTkhTHfDwf3332sinh32单位床面时平均波浪能量损耗率单位床面时平均波浪能量损耗率 瞬时床面剪切应力：瞬时床面剪切应力： 紊流边界层时底摩阻紊流边界层时底摩阻10波浪摩阻系数的确定波浪摩阻系数的确定221mwbmufwfmu琼森琼森19661966年给出了流区划分：年给出了流区划分： 波浪底摩阻系数波浪底摩阻系数 近底波浪质点水平速度最大值近底波浪质点水平速度最大值 khaumsinh流体底部质点最
5、大运动幅值流体底部质点最大运动幅值mAkhauammsinhmbmu可表示为：可表示为： 层流边界层：层流边界层：4coscossin00tkxueztkxztkxuzumzzmzb振荡流作用下的最大底面剪切应力振荡流作用下的最大底面剪切应力11层流边界层下的波浪摩阻系数层流边界层下的波浪摩阻系数 Re2wfmmauRe波浪边界层开始波浪边界层开始进入紊流状态进入紊流状态的判据为：的判据为： Re24smdasmdA相对糙度相对糙度 221mwbmufmbmu41026. 1Resd当量糙度当量糙度 Dds4sd沙纹沙纹 平坦平坦 和和12层流边界层下的波浪摩阻系数层流边界层下的波浪摩阻系数
6、57. 1smdasmwwdafflg28. 041lg4157. 1smda30. 0wf57. 1smda57. 1smda977. 5213. 5exp194. 0mwaf30. 0wf3 . 65 . 5exp2 . 0mwafSwart(1974):Nielsen(1992):Jonssen(1966):13例题问题：水底摩擦力幅值问题：水底摩擦力幅值 已知条件：水深已知条件：水深4m,泥沙粒径泥沙粒径0.2mm，波高，波高4mm635. 0723. 0sinh21sinhkhauammm/s665. 0635. 0614. 322mmaTu0093. 0977. 5213. 5ex
7、p194. 0mwaf222N11. 2665. 00093. 010252121mUfmwbm14波浪摩阻系数波浪摩阻系数f fw w15二、波摩阻引起的波高衰减二、波摩阻引起的波高衰减 xbDEcnbEcnbfii11, 1, 1, 1iiifiiriisiHkkkH2111, 1iiiiiisncnck211, 1iiiirbbk波能平衡：波能平衡：浅水变形系数浅水变形系数折射系数折射系数16底摩阻引起的波高衰减系数底摩阻引起的波高衰减系数 khgTkxkHfkrswiif32433, 1sinh3321khH ,取两断面平均值取两断面平均值 sk为从深水算起的浅水变形系数为从深水算起的
8、浅水变形系数 0HkkkHfrsiiiffffkkkk, 12, 11 ,0从深水推算第从深水推算第i i断面处的波高断面处的波高xbDEcnbEcnbfii117第三节第三节 水流对波浪运动的影响水流对波浪运动的影响 问题：问题：波浪计算中水流是否有作用波浪计算中水流是否有作用? ? 1819LgHEEEkp281波能波能 ？波浪在顺流、逆流将如何变化？波浪在顺流、逆流将如何变化？ 20思考思考问题：某进潮渠深问题：某进潮渠深5m，求解该渠中的波高，求解该渠中的波高 已知条件：周期已知条件：周期5s,波高波高1m，1.0m/s退潮流退潮流,波流夹角波流夹角180度度波波流流进潮渠21一、稳定
9、均匀流中波浪要素的变化一、稳定均匀流中波浪要素的变化rccUc21tanhkhkgcrhkcUkhccLLscsstanh1tanh2波浪的视速度：波浪的视速度：1.1.波浪传播方向与水流方向相同或相反情况波浪传播方向与水流方向相同或相反情况波浪相对于水流的传播速度：波浪相对于水流的传播速度：即无水流存在时的波浪传播速度即无水流存在时的波浪传播速度水流水流波浪波浪22波流共存时的波高变化波流共存时的波高变化0rgrcrcUExcUcsr1AUcccgr21ssgsAcc21hkkgcssstanhgsssgrcrcEcUEhkcUkhccLLscsstanh1tanh221212121211A
10、AcUAALLcUHHscsscshkhkAsss2sinh21khkhA2sinh21波流共存时波作用守恒方程：波流共存时波作用守恒方程：232.2.波浪传播方向与水流方向斜角情况波浪传播方向与水流方向斜角情况hkkhcULLssscsstanhtanhsin1sinsin2coscos2121ssssAALLHHssLLsinsin1rccUcsinsskksinsin即波数守恒即波数守恒hkcUkhccLLscsstanh1tanh2波浪的视速度：波浪的视速度：波流共存时的波高变化：波流共存时的波高变化：水流水流波浪波浪24例题I21212121211AAcUAALLcUHHscsscs
11、问题：某进潮渠深问题：某进潮渠深5m，求解该渠中的波高，求解该渠中的波高 已知条件：周期已知条件：周期5s,波高波高1m，1.0m/s退潮流退潮流,波流夹角波流夹角180度度hkcUkhccLLscsstanh1tanh2hkhkAsss2sinh21khkhA2sinh21rccUc21tanhkhkgcr波波流流25例题I 续问题：某进潮渠深问题：某进潮渠深5m，求解该渠中的波高，求解该渠中的波高 已知条件：周期已知条件：周期5s,波高波高1m，1.0m/s退潮流退潮流,波流夹角波流夹角180度度rccUc21tanhkhkgcrLs=Cs*T=6.0578*5=30.2891m=6.05
12、78Ks=0.207L=c*T=5.0578*5=25.289mc=-1.0+6.0578=5.0578m/sK=0.24826例题 续21212121211AAcUAALLcUHHscsscs问题：某进潮渠深问题：某进潮渠深5m，求解该渠中的波高，求解该渠中的波高 已知条件：周期已知条件：周期5s,波高波高1m，1.0m/s退潮流退潮流,波流夹角波流夹角180度度hkcUkhccLLscsstanh1tanh2hkhkAsss2sinh21khkhA2sinh21c=7.0578m/s=1.5309=1.418=0.7596H=1.35m27二、波流共存中的垂线流速分布二、波流共存中的垂线流
13、速分布 7101hzUzU 0 . 1oUzUwcwc 870UoUwc纯水流的表面流速 波流场中表面流速垂线流速分布垂线流速分布: :28三、波流共存中的综合速度三、波流共存中的综合速度 zUtzUtzUwcwwc,+ +非线性项非线性项29课后作业课后作业习题习题3-11习题习题3-630沙滩会出现在哪？沙滩会出现在哪？3132层流边界层时底摩阻层流边界层时底摩阻hziBhziAV21exp21expmUBA , 0ztkxzUumr2cos2expztkxetkxUUuuzmrcoscos22z1mUu4coscossin00tkxUeztkxztkxUzumzzmzbztkxeUzUuzm2sin2222221mmbbfUUUD21
