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第七章第七章第七章第七章 波浪理论波浪理论波浪理论波浪理论 （（Chapter 7.Chapter 7. Water Wave TheoryWater Wave Theory ）） 本章内容：本章内容：讨论重力场中具有自由面的水波讨论重力场中具有自由面的水波（（水表面波水表面波 或重力波或重力波或重力波或重力波 ））））运动运动运动运动，，，，重点讲述线性小振幅简谐波的数学描重点讲述线性小振幅简谐波的数学描重点讲述线性小振幅简谐波的数学描重点讲述线性小振幅简谐波的数学描 述述、、运动特性和能量概念运动特性和能量概念。。为研究非线性波打下基础为研究非线性波打下基础。。 采用方法采用方法速度势方法，即根据边界条件和初始条件 求解拉普拉斯方程，求出波浪运动的速度势，进而解出 波面方程式和速度分布与压力分布，并建立波动参数之 间的关系式。 波动的物理本质：波动的物理本质： 恢复力与惯性力的动态平衡。恢复力与惯性力的动态平衡。 波浪要素和波浪分类 波浪波浪 波浪运动的有关概念 微幅波方程微幅波方程、质点轨迹和压力分布质点轨迹和压力分布 波群与波群速 船波 波能传递与兴波阻力 课堂提问课堂提问 ：： “无风不起浪无风不起浪 ” “无风三尺浪无风三尺浪 ” 船舶与海洋工程中船舶与海洋工程中：： 船舶摇摆和拍击，船舶稳性，兴波阻力。 沿岸工程中：波浪对港口、防波堤的作用。 离岸工程中：钻井平台，海工建筑、海底油管等 水波起制约作用的物理因素是重力，粘性 力可略而不计，因此可用理想流体的势流理论 来研究波浪运动的规律来研究波浪运动的规律。 7.1 波浪要素和波浪分类 波浪分类 干扰与恢复力 海域水深 波浪形态 运动状态 破碎与否 干扰力： 深水波 规则波 振荡波 未破碎波 日月运动、风 随机波随机波 暴、地震、风 有限水深波 （不规则波、 推进波 破碎波 恢复力： 方向谱） 浅水波浅水波 混混 合合 立波立波 破后波破后波 柯氏力、重力、 表面张力 浪 界限： 周期： h/L 0.050.5 波浪理论研究方法 潮汐 12~24hours 内波内波 22miin~10h10hrs 微小振幅波微小振幅波线性微分方程线性微分方程 海啸 10min~1hour 风暴潮 5min 有限振幅波非线性微分方程 风浪风浪、涌浪涌浪 1~30 s 船行波 1.5~3s 表面张力波 0.1s 波浪分类 工程中常见的波工程中常见的波工程中常见的波工程中常见的波：：：： 声波(sound wave): 微弱压缩波 激波激波((shock wave)): 有限强度压缩波有限强度压缩波 水波(water wave): 水表面波（g ） 内波内波(internal(internal wave)wave)：：密度分层密度分层 毛细波(capillary wave): 表面张力(ripple)