[发明专利]一种基于分形技术的浪-流耦合海面演化模拟方法

摘要

本发明公开了一种基于分形技术的浪‑流耦合海面演化模拟方法，将海面表征为一维线性分型海面，不同海况可以通过主波长、幅度和频率尺度因子、粗糙起伏海面波高的标准方差以及分形海面粗糙度系数进行调节。根据浪‑流相互作用海浪色散关系，提出了一维线性分形海面与海流耦合后的海面表达式，即分形浪‑流耦合演化模型，依此模型可以模拟一维浪‑流耦合海面演化场景。本发明不仅体现了海面的周期性和随机性，而且海浪模拟精度高。

主权项

1.一种基于分形技术的浪‑流耦合海面演化模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，获取需要模拟的海面状态，根据需要模拟的海面状态，确定输入参数值，所述输入参数值包括海流流速C₀、海浪有效波相位主波长λ₀、幅度和频率尺度因子b以及分形海面粗糙度系数s对空间x的取样值；海流流速C₀、海浪有效波相位主波长λ₀、幅度和频率尺度因子b以及分形海面粗糙度系数s对时间t的取样值；步骤2，根据步骤1确定的输入参数值，采用浪‑流相互作用海浪色散关系建立分形浪‑流耦合演化模型，根据该分形浪‑流耦合演化模型即可模拟出浪‑流耦合海面演化场景；所述步骤2中的分形浪‑流耦合演化模型为：其中，ξ(x,t)表示海表面高度，x表示空间，t表示时间，N为正弦分量数，其取值必须满足b^N‑b^N‑1≥10；b是幅度和频率尺度因子，且b>1，σ为ξ(x,t)的标准方差,σ与有效波高h_s的关系为h_s＝4σ，s为粗糙度系数且1<s<2，ω_n是第n支海浪分量的谐波角频率，角频率ω_n和波数k_n的深水色散关系为g＝9.8m·s^‑2为重力加速度，k_n＝K₀bⁿ，C₀为海流流速，K₀＝2π/λ₀为主波波数，λ₀是分形海面主波长，是第n支海浪的波相位。