海洋工程水波动力学

第1章 水波理论的基本控制方程与边界条件

1.1 流体运动的基本控制方程

1.2 边界条件与初始条件

1.3 自由水面边界条件的无因次化

1.4 微分方程的渐进解

1.5 水波方程的摄动展开

第2章 线性波浪理论与波浪传播的一般特征

2.1 线性波的解

2.2 色散关系

2.3 速度场、加速度场、压力场与流体质点运动轨迹

2.4 波能、波能流与波群速度

2.5 波浪的传播、变形与破碎

第3章 有限水深非线性波浪理论

3.1 二阶斯托克斯波

3.2 三阶斯托克斯波

3.3 五阶斯托克斯波

3.4 二阶斯托克斯双色波

第4章 浅水波浪理论与缓坡方程

4.1 线性浅水波浪

4.2 Boussinesq方程

4.3 孤立波

4.4 椭圆余弦波

4.5 缓坡方程

第5章 随机波浪理论

5.1 随机波浪运动概述

5.2 随机波浪要素的统计分析

5.3 随机过程的谱分析

5.4 波浪谱

5.5 随机波浪谱的生成与波浪谱的估计

第6章 波浪对小尺度物体的作用

6.1 概述

6.2 水流对圆柱作用的绕流现象

6.3 波浪对小尺度圆柱作用的莫里森方程

6.4 波浪对小尺度物体的横向力

6.5 波浪对复杂小尺度物体作用

第7章 波浪对大尺度物体作用的解析方法

7.1 满足拉普拉斯方程与线性边界条件的二维完全解

7.2 造波机原理

7.3 波浪对台阶的作用

7.4 满足拉普拉斯方程与线性边界条件的三维完全解

7.5 波浪对直立圆柱的作用

7.6 波浪对截断圆柱的绕射作用

第8章 波浪对大尺度物体作用的数值方法

8.1 波浪对物体作用的Rankine源方法

8.2 波浪对物体作用的自由水面格林函数方法

8.3 边界积分方程的数值解

8.4 波浪与漂浮物体的相互作用

8.5 波浪绕射和辐射问题的普遍恒等式

8.6 波浪对物体作用的二阶波浪力

8.7 二阶漂移力与二阶慢漂力

8.8 不规则波与物体的相互作用

附录A：驻相法

附录B：傅氏级数的乘积

参考文献

第1章水波理论的基本控制方程与边界条件

1.1流体运动的基本控制方程

水波运动是流体运动的一种形式，因此流体力学相关原理均适用于水波运动问题。流体力学中研究的是流体的宏观运动，连续介质假设是最基本的假设，它认为物质连续且无间隙地分布于物质所占有的整个空间，并认为流体宏观物理量是空间点及时间的连续函数。流体力学的研究通常采用两种方法:一种是拉格朗日法 (Lagrange Method)，它着眼于流体质点，描述了每个流体质点自始至终的运动过程，即它们的位置随时间的变化规律;另一种是欧拉法(Eular Method)，它着眼于空间点，描述了空间的每一点的流体运动随时间的变化状况，即研究不同时刻通过每一个空间点的不同流体质点所具有的速度和加速度。在实际问题中，通常只需要求得空间各点的运动情况及其随时间的变化规律，而不需要求出每一个流体质点的运动过程，因此，欧拉法在流体力学中得到了更广泛的应用。在本书中，除特殊指明外，均采用欧拉法进行研究。

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本书是关于波浪理论及其工程应用方面的专著。书中涵盖了波浪理论、随机波浪理论，以及波浪对海上结构作用的基本理论与方法，总结了国内外学者和作者的研究成果。全书分8章。第1-3章为有限水深线性和非线性波浪理论的介绍；第4章为浅水波浪理论与缓坡方程的介绍；第5章为随机波浪理论基本内容；第6章介绍了波浪对小尺度物体的作用。