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研究生: 賴威宇
Lai, Wei-Yu
論文名稱: 時間領域造波理論第二階解析解
An Analytic Solution of 2nd Order Time-Domain Wave-maker Problem
指導教授: 李兆芳
Lee, Jaw-Fang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 水利及海洋工程學系
Department of Hydraulic & Ocean Engineering
論文出版年: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 77
中文關鍵詞: 時間領域造波非線性理論解析
外文關鍵詞: Time-domain, wave generation, nonlinear, analytic solution
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  • 本研究目的在於對直推式造波問題提出一個時間領域之二階解析解。求解方法為使用勢能波浪理論,先利用攝動法得到問題的第一階和第二階問題表示式。再利用第一階解進行第二階解的推導。第二階解的推導基本上與第一階解類似,但是水面以及造波邊界條件需要先進行推導歸納整理。在求解上,在波浪前進方向使用Fourier Cosine轉換,在水深方向則配合邊界條件求解,最後再利用起始條件求解。求得解後,使用電腦計算並繪出水位結果,為此需要將級數和進行收斂項測試,條件選定以前項最大差值作為分母,若計算結果不超過0.1%視為收斂,收斂結果水位看不出高頻振動,結果甚好,且收斂值經由測試發現與經過時間沒有太大關連,而與波長及水槽長之比值呈現正相關。確認收斂條件與變數關係後,利用本研究得到的解析解計算與實驗數據進行比較,結果顯示非線性解析解與實驗結果相當一致。由研究顯示非線性解析解比線性解更接近真實波浪,本研究提出之時間領域造波解析解足以用來描述造波問題。

    In this study, an analytic solution for the nonlinear problem of wave generation in a wave tank is presented. The solution is based on the Stokes wave theory. Use the perturbation method to divide the problem into linear part and second-order part. The linear solution proposed by Lee and Lin (2017) is used, and the second-order solution is developed following the solution methodology used in the linear solution. After obtaining the solution, use the computer to calculate and plot the result. Then the terms of convergence are tested. If the difference between the next term and the sum of previous terms does not exceed 0.1%, it is regarded as convergence, and the result is very good. The terms of convergence is not closely related to the time but is positively relate to the ratio of the wavelength and the length of the tank through this test. After the test, the analytical solution obtained by this study is compared with the experimental data. The results show that the nonlinear analytical solution is quite consistent with the experimental data. It is shown by the research that the nonlinear analytical solution is closer to the real wave than the linear solution. The time-domain analytical wave solution proposed in this study is sufficient to describe the wave-maker problem.

    摘要 I Extended Abstract II 致謝 IX 目錄 XI 圖目錄 XIII 表目錄 XIV 符號說明 XV 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 文獻回顧 2 1-3 研究方法 5 1-4 文章架構 5 第二章 問題描述 6 2-1 問題描述 6 第三章 時間領域非線性造波問題求解 9 3-1第一階解(線性) 9 3-1-1傅立葉級數(Fourier series)表示波浪勢函數第一階解 10 3-1-2第一階解結果 11 3-2攝動法 13 3-3傅立葉級數(Fourier series)表示波浪勢函數第二階解 14 3-4求解phi0 16 3-5求解phin 20 3-5求解etan 27 第四章 結果與討論 32 4-1 二階水位解析解測試 32 4-1-1水位函數圖 33 4-1-2與進行波理論比較 34 4-2收斂項探討 40 4-2-1收斂條件設計 41 4-2-2收斂項與時間、水槽長、波長之關係 43 4-3實驗數據比較 51 4-3-1 Test01條件比較結果 51 4-3-2 Test02條件比較結果 52 第五章 結論與建議 56 5-1 總結 56 5-2 建議 57 參考文獻 58 附錄A 參數變異法簡易推導過程 60 A-1 指數部分為實數 60 A-2 指數部分為虛數 61 A-3 指數部分為實數,且係數與通解相同 62 A-4 指數部分為虛數,且係數與通解相同 63 附錄B G10 G1n推導過程 64 B-1 F1計算過程與結果 65 B-1-1求解過程,以F11為例 65 B-1-2 F12、F13、F14計算結果 69 B-2 F1分項合併 71 B-3 對F1進行Fourier轉換 73 附錄C 表示式分項對照表 76

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    下載圖示 校內:2024-09-01公開
    校外:2024-09-01公開
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