圆形港池全向聚焦波合成算法制造技术

本发明专利技术涉及聚焦波的技术领域，公开了圆形港池全向聚焦波合成算法，利用波谱相位聚焦生成聚焦波，在空间与时间的聚焦点处，所有组成波均以零相位叠加形成聚焦波，由对聚焦波进行分析，反推得到圆形港池外周多个圆周状布置的造波板的位移曲线；本发明专利技术提供的圆形港池全向聚焦波合成算法，突破极端波浪研究难点，利用圆形港池造波机的独特对称性，实现了极端聚焦波与图形类聚焦波的模拟生成，如单峰聚焦波、双峰聚焦波、偏心聚焦波、旋转聚焦波、图形类聚焦波等多种聚焦波形，可为深海风暴、海啸、超强台风等极端海况引起的各种随机的、陡峭的、破坏力极强的畸形波模拟提供技术支撑。坏力极强的畸形波模拟提供技术支撑。坏力极强的畸形波模拟提供技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
圆形港池全向聚焦波合成算法


[0001]本专利技术专利涉及聚焦波的
，具体而言，涉及圆形港池全向聚焦波合成算法。

技术介绍

[0002]极端聚焦波具有波高大、能量集中、非线性强、出没无常等特点，对海洋结构物和船舶造成巨大威胁，是极端海况波浪模型试验的重要研究对象。
[0003]我国对于波浪模拟方面的研究较国外起步晚，国内的学者在这方面不断地进行探索研究，很多科研人员致力于造波水池的发展，开展大功率不规则大水池波浪生成的研究，我国也先后建立了很多大型试验水池。
[0004]目前，我国至少拥有40个大型试验水池，均为矩形造波港池，都适用于近岸、浅海等大多数应用场景下的海洋环境模拟，面对深海复杂的风浪流海洋环境条件，无法实现全向极端波浪模拟，在波浪模型试验中完全重现极端海况，无法完成海洋技术装备在极端海洋环境下的可靠性验证试验，在功能上难以满足更复杂的深海极端海况模拟需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供圆形港池全向聚焦波合成算法，满足极端复杂海况模拟的科学试验需求。
[0006]本专利技术是这样实现的，圆形港池全向聚焦波合成算法，利用波谱相位聚焦生成聚焦波，在空间与时间的聚焦点处，所有组成波均以零相位叠加形成聚焦波，由对所述聚焦波进行分析，反推得到圆形港池外周多个圆周状布置的造波板的位移曲线；
[0007]根据线性叠加理论，在任意点处波浪的自由面η(x,y,t)表示为不同频率和不同方向的规则波叠加的结果，如下公式(1)：
[0008][0009]其中：a
ij
是频率为f
i
、方向角为θ
j
的组成波波幅，k
i
为组成波波数，为组成波初相位，N
f
和N
θ
分别为组成波频率数和方向数；
[0010]组成波角频率ω
i
和波数k
i
满足线性色散关系，如下公式(2)：
[0011][0012]其中：h圆形港池的水深；
[0013]设定波浪在指定时刻t＝t
b
时聚焦于位置(x
b
,y
b
)，满足如下公式(3)：
[0014][0015]各个组成波的初相位满足如下公式(4)：
[0016][0017]波浪在指定时刻t＝t
b
时的波高η(x,y,t)如下公式(5)；
[0018][0019]设定圆形港池波造波机布置于x＝0m处，在圆形港池中指定位置(x
b
,y
b
)产生聚焦波，各个造波板的运动函数为如下公式(6)以及公式(7)：
[0020][0021][0022]其中，T(f
i
,θ
j
)是圆形港池造波机的传递函数，S(ω
i
,θ
j
)为组成波的频谱函数，Δω
i
为组成波角频率的变化值，Δθ
j
为组成波方向角的变化值。
[0023]2、如权利要求1所述的圆形港池全向聚焦波合成算法，其特征在于，设定组成波的离散频率f
i
分布在[f1,f
n
]频率范围内,定义组成波的频率区间宽度Δf和中心频率f
c
分别为：
[0024][0025]波浪的波面特征表示为以下参数的函数：
[0026]η＝f[N
f
,N
θ
,a,f
c
,Δf,(x
b
,y
b
),t
b
,α,h]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(9)。
[0027]与现有技术相比，本专利技术提供的圆形港池全向聚焦波合成算法，突破极端波浪研究难点，利用圆形港池造波机的独特对称性，实现了极端聚焦波与图形类聚焦波的模拟生成，如单峰聚焦波、双峰聚焦波、偏心聚焦波、旋转聚焦波、图形类聚焦波等多种聚焦波形，可为深海风暴、海啸、超强台风等极端海况引起的各种随机的、陡峭的、破坏力极强的畸形波模拟提供技术支撑。
附图说明
[0028]图1是本专利技术提供的圆形港池全向聚焦波合成算法的运行流程图；
[0029]图2是本专利技术提供的椭圆聚焦波圆形港池分区的示意图；
[0030]图3是本专利技术提供的圆形港池的参考坐标系；
[0031]图4是本专利技术提供的D形聚焦波的聚焦位置的示意图。
具体实施方式
[0032]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0033]以下结合具体实施例对本专利技术的实现进行详细的描述。
[0034]本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本专利技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用
语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0035]参照图1
‑
4所示，为本专利技术提供的较佳实施例。
[0036]圆形港池全向聚焦波合成算法，利用波谱相位聚焦生成聚焦波，在空间与时间的聚焦点处，所有组成波均以零相位叠加形成聚焦波，由对所述聚焦波进行分析，反推得到圆形港池外周多个圆周状布置的造波板的位移曲线；
[0037]根据线性叠加理论，在任意点处波浪的自由面η(x,y,t)表示为不同频率和不同方向的规则波叠加的结果，如下公式(1)：
[0038][0039]其中：a
ij
是频率为f
i
、方向角为θ
j
的组成波波幅，k
i
为组成波波数，为组成波初相位，N
f
和N
θ
分别为组成波频率数和方向数；
[0040]组成波角频率ω
i
和波数k
i
满足线性色散关系，如下公式(2)：
[0041][0042]其中：h圆形港池的水深；
[0043]设定波浪在指定时刻t＝t
b
时聚焦于位置(x
b
,y
b
)，满足如下公式(3)：
[0044][0045]各个组成波的初相位满足如下公式(4)：
[0046][0047]波浪在指定时刻t＝t
b
时的波高η(x,y,t)如下公式(5)；
[0048][0049]设定圆形港池波造波机布置于x＝0m处，在圆形港池中指定位置(x
b
,y本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.圆形港池全向聚焦波合成算法，其特征在于，利用波谱相位聚焦生成聚焦波，在空间与时间的聚焦点处，所有组成波均以零相位叠加形成聚焦波，由对所述聚焦波进行分析，反推得到圆形港池外周多个圆周状布置的造波板的位移曲线；根据线性叠加理论，在任意点处波浪的自由面η(x,y,t)表示为不同频率和不同方向的规则波叠加的结果，如下公式(1)：其中：a
ij
是频率为f
i
、方向角为θ
j
的组成波波幅，k
i
为组成波波数，为组成波初相位，N
f
和N
θ
分别为组成波频率数和方向数；组成波角频率ω
i
和波数k
i
满足线性色散关系，如下公式(2)：其中：h圆形港池的水深；设定波浪在指定时刻t＝t
b
时聚焦于位置(x
b
,y
b
)，满足如下公式(3)：各个组成波的初相位满足如下公式(4)：波浪在指定时刻t＝t
b
时的波高η(x,y,t)如下公式(5)；设定圆形港池波造波机布置于x＝0m处，在圆形港池...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪艺萍，王磊，陈俊，王天奕，郭泽斌，范光伟，何启莲，赵旭升，陈伟昌，邢方亮，林俊，徐奕蒙，林柏涵，
申请(专利权)人：珠江水利委员会珠江水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：