造波板生成破碎波的波统计特征与能量耗散

本研究聚焦于恒定水深下由造波板生成的破碎波的直接数值模拟。旨在量化破碎过程中的动力学与运动学特征，以及由破碎引起的卷气与能量耗散。在自由面剖面、能量收支和破碎期间气泡统计方面，数值结果与实验结果吻合良好。开展了参数化研究以考察波特性和初始条件对破碎特征的影响。根据对邦德数（$Bo$，重力与表面张力之比）的研究，较大的表面张力在波剖面迎风面产生更显著的寄生毛细波和更厚的 plunging 射流，导致破碎时间延迟，并与主空腔尺寸密切相关。发现了波统计特征与造波板初始条件之间的紧密关系，表明破碎类型可根据波高与水深之比 $H/d$ 进行分类。此外，通过应用湍流理论的常规耗散标度，破碎引起的能量耗散率可与造波板初始条件相关联，并进一步利用惯性标度论证与局部破碎波峰几何相关联。所提出的活跃破碎期耗散率标度与我们的数值结果吻合良好。