

副教授 博士生导师 硕士生导师
其他任职:建设工程学院
性别:男
毕业院校:英国伦敦大学学院
学位:博士
办公地点:海岸与海洋工程全国重点实验室
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发布时间:2025-12-30 点击次数:
作为一名水力学及河流动力学专业的学生,我最初选修海洋工程水动力学及数值模拟方法这门课是通过海洋专业的舍友推荐的,一开始也只是想拓宽下知识面,毕竟平时我们研究的多是河流、水库、大坝这些“内陆水域”,总觉得海洋离自己的专业很远。但学完整门课后我才发现,水利和海洋的流体知识其实是相通的,只是应用场景不同,带来的认知侧重点也不一样。
在学这门课之前,我对“波浪”的理解特别简单——水利工程里也会遇到波浪,比如水库表面的风成浪、大坝泄洪时的涌浪,当时我就觉得波浪就是“水面受扰动后形成的起伏”,成因无非就是风或者水流的冲击。但接触这门课后,我才知道海洋波浪的形成要复杂得多,而且背后的能量传递逻辑也和内陆水域有很大差别。
我对“水波”的理解特别简单——水利工程里也会遇到水波,比如水库表面的风成浪、大坝泄洪时的涌浪,当时我就觉得水波就是“水面受扰动后形成的起伏”,成因无非就是风或者水流的冲击,从来没往“能量源头”这个方向深想。但接触海洋工程水动力学后,从能量传递的角度梳理下来,我才明白不管是海洋还是内陆的水波,其最初的能量源头竟然是太阳能,整个形成过程就是一场层层传递的能量。太阳照射地球时,会让不同区域的水域吸收的热量不同,导致区域间空气温度有差异,温度高的空气上升、温度低的空气补充过来,就形成了风——说白了,风的能量本质上就是来自太阳能的转化。当风吹过水面时,空气与水面之间的摩擦力会给水面一个水平方向的拉力,同时风的压力也会作用在水面上,这两种力共同作用,让平静的水面开始出现细小的波纹,风能会不断传递给水体,水面上的小波纹会逐渐吸收能量,变得越来越大、越来越规则——水体中的质点开始做周期性振动,这种振动在水面上不断传播,就形成了稳定水波。
它的能量传播就像我们在水面扔一颗石子,形成的水波会向外扩散,但石子落点周围的水并没有跟着水波流走,只是在原地上下振动。而且这种能量传递的效率,和水体深度、风速、风的作用时间都有关系。这一点和水利工程中的水波对比很明显:海洋水域广阔,风能作用的范围大、时间长,能形成能量更强、传播范围更广的水波;而水库、河流这些内陆水域,空间有限,风能作用时间往往较短,形成的水波能量弱,传播不远就会衰减。这种从能量角度的解读,让我明白为什么同样是水波,海洋中的水波会成为海洋工程重点研究的对象——它携带的巨大能量,对海上构筑物的影响远比内陆水波大得多。
再来说说横波与纵波,这部分是我觉得最有意思的,尤其是老师用“一排人模拟液体质点”的演示,彻底把抽象的概念变具体了。在这之前,我只在高中物理里学过横波和纵波的定义:横波是质点振动方向和波传播方向垂直,纵波是两者平行,当时脑子里的例子就是“绳子振动是横波,声波是纵波”,完全没法和“液体中的波浪”联系起来。一排同学站成一列,代表液体中的质点。模拟横波时,每个人依次蹲起,都在自己的位置上下动,不会往前或往后挪,但“蹲起”这个动作会沿着队伍传播,这就是横波——质点振动方向(上下)和波传播方向(前后)垂直;模拟纵波时,每人依次往前迈一步,同时拍前面同学的头,每个人的振动方向是前后,和波传播方向一致,这就是纵波。结合这个演示,我再理解海洋中的波浪就清晰多了:我们看到的海面波浪,表层质点其实是做圆周运动的,既有上下振动,也有前后振动,所以严格来说是“混合型波浪”。
总的来说,这门海洋工程水动力学及数值模拟方法课程,不仅让我学到了新的知识点,更重要的是教会了我从不同视角看待流体运动——从水利工程的“内陆水域视角”,延伸到海洋工程的“广阔海域视角”。我发现,很多看似陌生的海洋知识,都能和自己的专业知识串联起来,而课堂上那些直观的演示(比如一排人的横纵波演示)和实际案例,更是让我对抽象概念有了更具体的认知。这种跨专业的认知融合,大概就是这门选修课带给我最大的收获吧。