【论文推荐】| 波增紊动量化及其在三维近岸流模型中的应用

论文导读与观点概要

1. 研究背景与目的

在近岸海洋环境中，波浪破碎产生的涡旋向下扩散，显著增强了水体紊动（即波增紊动）。这一过程对水体垂向混合、悬沙输运及热量交换具有重要影响。然而，现有的三维近岸流模型（如FVCOM）虽然考虑了波流耦合，但通常仅包含水流产生的紊动动能，未能充分描述波浪破碎引起的紊动增量。因此，本研究旨在利用高精度数值模拟量化波增紊动的贡献及其空间演化规律，并建立经验公式将其引入三维近岸流模型，以提升模型的模拟精度。

2. 研究方法

本研究采用两步走的方法：

3. 主要结果

4. 结论

基于OpenFOAM数值模型模拟了规则波在近岸破碎过程中的波高、水位、周期平均流速和紊动动能，并进一步分析了波浪破碎引起的波增紊动贡献及其空间演化规律。在此基础上，拟合了描述波增紊动的经验公式，并将其应用于三维近岸流模型FVCOM，以评估其在提升此类模型性能方面的作用。得到以下主要结论：

1）基于应力-ω紊流模型的OpenFOAM数值模型在验证方面表现出较高的精度和可靠性，能够准确再现规则波传播和破碎过程中的流速与紊动特性。

2）通过对大量算例进行模拟，深入分析了波增紊动的分布和演化规律。结果表明，波增紊动主要在内破波带外缘出现显著量值。

3）将建立的波增紊动参数拟合公式引入三维近岸流模型FVCOM，模拟结果表现为流速垂向梯度减小与水体紊动动能增强，流速和紊动动能结果的相对均方根误差分别降低26%和30%，模型的整体性能得到有效提升，但在外破波带仍有待进一步改善。

文中研究有助于提高现有三维近岸流模型性能，并对后续泥沙输运和热量交换等过程的数值预测有重要意义。

相关图表

本文引用格式：吴岳峰, 张庆河, 纪超. 波增紊动量化及其在三维近岸流模型中的应用[J]. 海洋工程, 2026, 44(3): 97-109.  (WU Yuefeng, ZHANG Qinghe, JI Chao. Quantification of wave-enhanced turbulence and its application in a three-dimensional nearshore circulation model[J]. The Ocean Engineering, 2026, 44(3): 97-109.  (in Chinese)）

作者简介：   

吴岳峰（1996—），男，辽宁大连人，博士研究生，研究方向为海岸河口动力过程。E-mail：wyf756365666@tju.edu.cn

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