Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время наиболее достоверные результаты раочета характеристик ветрового волнения в глубоководных акваториях получены о использованием диокретно-анейтральных моделей, которые основаны на численном решении уравнения ' баланса спектральной плотности энергии
93 + ±/ С05„ Э5 + е. c,lrif> 3S __ {1)
для набора чаотот из* и направлений bt ( * S( ur,p>, х, y,t) ). > - угол, образованный волновым вектором л ц осью ОХ), фикция "источника" & в (I) представляется в виде G » Очгг > (га& * 6-^t , где (ты характеризует процесс поступления энергии от ветра к волнам ; G+% описывает дясояпацип энергии ; (jvl учитывает обмен энергией между спектральний составляющими при их нелинейных взаимодействиях. В силу недостаточной изученности физики процесса и сложности исходных выражений для Оч-v , G.U. , (тЛ«. , функция G представляется аппроксимативно, причем шд используемых аппрок імаций веоьма различен. Поэтому до недавнего времена совершенствование моделей ветрового волнения овязквалооь, главным образом, о уточнением функции 0- . Одннко сравнительный анализ ряда современных моделей еєтроеого волнения свидетельствует, что оущеотвует еще один фактор, который в значительной степени влияет на точность модели, это - способ ее численной реализации. При . этом, особую важность представляют два вопроса.. Во-первых, способ дискретизации исходного уравнения (I), и, во-вторых, численный метод решения полученного уравнения. Оба вопроса сегодня слабо изучены и практически не освещены в литературе. Применяемые для решения дискретного уравнения баланса спектральной плотности энергии численные схемы заимствованы из других областей гидромеханики, однако, осуществляется это, как правило, без должного учета специфіки (I). Следует добавить, что даокретро-опект-ральный метод решения уравнения (I) требует большого количества вычислений, что свяяляо со значительным числом используемых чао-
тот us* и направлений f>e . Применяемые же оегодвя 'охеыы решения дискретного уравнения (I), как правило, неэкономична и нуждаются в существенной овти'зизащш.
Таким образом, актуальность проблеми предопределена тремя факторами. Во-первых, той важной ролью, которую играют современные модели ветрового волнения при решении широкого круга прикладних задач. Во-вторнх, зависимостью модели от используемой в ней численной реализации. В-третьих, повышенными требованиями к экономичности моделей ветрового волнения с целью их более широкого использования. Актуальность проблемы зафиксирована в принятом на XII пятилетку задании 03.16. Проект "Ветровое волнение"Общегосударственной комплексной программы исследований и использования Мирового океана в иатереоах науки и народного хозяйства на 1986--1990 гг. и на перспективу до 2000 г., утвержденной Постановлением Госплана СССР и ГКНТ от 14 августа 1966 г.
Цель работы -разработка оптимальной, с точки зрения точности и экономичности, численной реализации диокретно-онектрадь-ной модели ветрового волнения и ее применение при решении практических задач раочета волнения.
Научная новизна работы состоит в обосновании выбора метода численной реализации дискретно-спектральной модели ветрового волнения. При этом был получен ряд результатов, имеющих характер научной новизны:
рассмотрены основные особенности дискретно-спектрального метода решения уравнения (I) ;
выявлены основные особенности конечно-разностного метода решения дискретного уравнения (I) ;
разработан оригинальный кптсршшщионно-лучевой метод решения дискретного уравнения (I) ;
разработана новая .дискретно-спектральная модель ветрового волнения ,*
предложено решение уравнения баланса спектральной плотности анергии в сферических церемонних интерполяционно-лучевым методом.
Практическая ценность работы. Выполненное исследование численной реализации .дискретно-спектральной модели ветрового волнения имеет два взаимосвязанных аспекта: методический и прикладной. Методический аспект заключается в получении оценок связи дискретности спектра, порядка используемой схемы, шага сетки по пространству , размера рассматриваемого возмущения о погрешностями численного решения. Широкие пределы изменения значений указанных параметров придают полученным оценкам универсальный вид, что позволяет более корректно подходить к разработке численной реализации дискретно-спектральной модели ветрового волнения, исходя из требований точноотй и экономичности. Прикладной аспект исследования состоит в создании новой диокретно-спектральной модели ветрового волнения, основанной на оригинальном интерполяционно--лучевом методе решения уравнения баланса спектральной плотности энергии, и проверке ее на различных тестовых-и реальных ситуациях. Разработанная модель ориентирована на решение широкого круга прикладных задач, и в соответствии с заданием 03.16 Проект 'Ветровое волнение" предполагается ее внедрение в оперативную фактику Гидрометцентра.
Апробация работы и публикации. Основные положения работы докладывались на всесоюзной конференции "Цроблемы комплексной івтоматизации гидрофизических исследований" (Севастополь, 1989), m воесоюзных научных семинарах по проекту "Ветровое волнение" Москва, 1989; Сочи, 1989).
По теме диссертации опубликовано 3 печатных работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация ростоит из вве-,ения, пяти глав, заключения, списка литературы и 2 приложений, одержит 164 с, в том числе текста 107 с, рисунков 43 с, таб-иц 14 с. (в том числе 10 с таблицц приложений). Список литера-уры включает 35 наименований, из них 19 иностранных авторов.
