Numerical Modeling of Water Waves pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Lin, Pengzhi

出品人:

页数:504

译者:

出版时间:2008-8

价格:$ 203.34

装帧:

isbn号码:9780415415781

丛书系列:

图书标签:

• 水波
• 数值模拟
• 计算流体力学
• 海洋工程
• 水动力学
• 波浪理论
• 有限元
• 有限差分
• 谱方法
• 海洋水文

好的，这是一本名为《海洋水动力学：理论与应用》的图书的详细简介，内容涵盖了流体力学、波浪理论、数值方法以及海岸工程等多个方面，但不涉及您提到的《Numerical Modeling of Water Waves》的具体内容： --- 图书简介：《海洋水动力学：理论与应用》 导言：认识我们赖以生存的蓝色星球 海洋，作为地球表面积最大的组成部分，不仅是气候系统的重要调节器，也是人类社会经济活动不可或缺的组成部分。理解和预测海洋水体的运动规律，特别是复杂的三维水动力过程，是现代海洋科学、海岸工程、环境科学以及可持续发展领域的核心挑战。 《海洋水动力学：理论与应用》是一部全面、深入探讨水动力学基本原理及其在海洋工程和环境科学中实际应用的专著。本书旨在为水利工程师、海洋科学家、环境规划师以及高年级本科生和研究生提供一个坚实的理论基础和实用的分析工具包。我们力求在保持严谨的数学描述的同时，强调物理概念的清晰阐释，使读者能够有效地连接理论推导与实际观测现象。 全书结构严谨，逻辑递进，从流体力学的基本假设出发，逐步过渡到具有实际工程意义的复杂波浪与洋流问题的分析。 --- 第一部分：流体力学基础与水体运动描述 本部分为全书的基石，系统回顾了描述水体运动所必需的经典流体力学理论。 1.1 连续介质假设与流场描述 我们首先确立了水体作为连续介质的假设，并引入了物质导数、速度场和应力张量等基本概念。重点讨论了描述流体运动的拉格朗日和欧拉描述方法的内在联系与适用场景。 1.2 纳维-斯托克斯方程的推导与简化 本书详细推导了适用于不可压缩牛顿流体的纳维-斯托克斯（Navier-Stokes）方程组。随后，针对海洋环境的特点，如充分润湿的边界条件、低雷诺数或高惯性力效应，探讨了简化方程的适用性，例如简化为欧拉方程（无粘流体）或斯托克斯流（低速粘性流）。 1.3 边界条件与运动学分析 详尽阐述了自由表面、固壁（如海床、防波堤）上的运动学和动力学边界条件。通过分析涡量（Vorticity）和流线（Streamlines），帮助读者直观理解流场的内在旋转特性和能量传递机制。 1.4 势流理论的应用 在许多情况下，粘性效应可忽略不计时，势流理论提供了一种高效的分析手段。我们引入速度势和流函数，推导了拉普拉斯方程在二维和三维流场中的应用，并探讨了浸没体在均匀流中绕流的经典解析解。 --- 第二部分：线性与非线性波浪理论 海洋波浪是海洋水动力学中最引人注目的现象之一。本部分专注于波浪的生成、传播、变形和破碎过程的理论分析。 2.1 浅水波与深水波的解析解 本书首先区分了波浪的深度效应。在深水区域，我们推导并分析了线性和非线性表面波的色散关系，重点阐释了波速、波长和频率之间的关系。在浅水区域，我们引入了薄水层近似，得到了不色散的浅水方程（如Saint-Venant方程组的线性形式）。 2.2 线性波浪理论的深入探讨 线性波浪理论是工程分析的基石。我们详细讨论了 Airy 波理论，包括其满足的势流方程、边界条件以及流场中的流速分布（例如，流速在水面以上随深度呈指数衰减）。此外，还介绍了绕射和浅水效应下的线性波场叠加原理。 2.3 非线性波浪效应与高阶理论 认识到真实海况下非线性效应的重要性，本部分对高阶理论进行了详细介绍。包括 Stokes 二阶波、Cnoidal 波理论（适用于浅水非线性波）以及 Korteweg-de Vries (KdV) 方程的介绍，用于描述孤立波（Solitons）现象。 2.4 波浪的传播与变形 重点分析了波浪在不规则海底坡度上传播时的折射（Refraction，受海底等深线影响）、反射（Reflection）和绕射（Diffraction）现象。我们应用斯涅耳定律的海洋版本来预测波浪在斜坡上的传播方向变化。 --- 第三部分：潮汐、环流与水团输运 本部分将关注更大尺度、更长期尺度的水体运动，特别是区域性海洋环流和潮汐动力学。 3.1 潮汐动力学与科氏力 潮汐的产生机制是地球、月亮和太阳的引力作用。我们引入了牛顿的引力理论，并结合地球自转产生的科氏力，推导出描述潮汐运动的动态平衡方程。对潮汐波在不同水深区域的传播特性进行了分析。 3.2 大尺度环流与地转平衡 在开阔大洋，地转平衡（Geostrophic Balance）是描述水平流场的主导机制。我们解释了压力梯度力与科氏力之间的平衡，并讨论了密度驱动的海洋环流（如热盐环流）的基本概念。 3.3 水团输运与污染物扩散 本章侧重于描述水动力场如何驱动物质的输运。我们建立了基于流场速度的对流（Advection）项，并结合扩散（Dispersion）和反应（Reaction）过程，构建了水质模型的基本方程框架，为环境工程中的溢油扩散、泥沙输运提供理论基础。 --- 第四部分：水动力载荷与工程响应 本部分将理论知识与实际工程应用紧密结合，探讨水动力过程对海洋结构物的影响。 4.1 波浪作用力分析 详细分析了波浪作用于垂直和水平结构物上的力学效应。对于细长结构物（如桩基），应用 Morison 方程分析惯性力和拖曳力；对于大尺度结构物（如浮式平台），则采用绕射理论计算总水动力载荷。 4.2 结构物运动的耦合 对于浮体结构，水动力载荷会引起结构的运动（如升沉、横摇、纵摇）。本章引入了附加质量和辐射阻尼的概念，建立了结构物在波浪激励下的运动方程，并讨论了漂移力（Second-Order Wave Forces）的影响。 4.3 海床冲刷与泥沙运动 海床的稳定性是海岸结构安全的关键。我们回顾了泥沙运动的基本机制，包括临界起动速度的确定、非粘性泥沙的输运模型，以及波浪作用下冲刷坑（Scour）的形成机理和工程估算方法。 --- 总结与展望 《海洋水动力学：理论与应用》通过系统梳理从微观到宏观尺度的水体运动规律，为读者提供了一套处理复杂海洋工程问题的分析工具。本书强调了物理洞察力与数学严谨性的结合，旨在培养读者批判性地选择和应用合适水动力学模型的专业能力。随着气候变化和海洋资源开发需求的增加，对精确预测海洋环境的理解将变得愈发重要。本书正是为了迎接这一挑战而编写。

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