In the present paper, we construct the traveling wave solutions involving parameters of nonlinear evolution equations in the mathematical physics via the (3+1)- dimensional potential- YTSF equation, the (3+1)- dimensional generalized shallow water equation, the (3+1)- dimensional Kadomtsev- Petviashvili equation, the (3+1)- dimensional modified KdV-Zakharov- Kuznetsev equation and the (3+1)- dimensional Jimbo-Miwa equation by using a simple method which is called the ($\frac{G'}{G}$)- expansion method, where $G\;=\;G(\xi)$ satisfies a second order linear ordinary differential equation. When the parameters are taken special values, the solitary waves are derived from the travelling waves. The travelling wave solutions are expressed by hyperbolic, trigonometric and rational functions.
Nonlinear partial differential equations are more suitable to model many physical phenomena in science and engineering. In this paper, we consider three nonlinear partial differential equations such as Novikov equation, an equation for surface water waves and the Geng-Xue coupled equation which serves as a model for the unidirectional propagation of the shallow water waves over a at bottom. The main objective in this paper is to apply the generalized Riccati equation mapping method for obtaining more exact traveling wave solutions of Novikov equation, an equation for surface water waves and the Geng-Xue coupled equation. More precisely, the obtained solutions are expressed in terms of the hyperbolic, the trigonometric and the rational functional form. Solutions obtained are potentially significant for the explanation of better insight of physical aspects of the considered nonlinear physical models.
Numerical Analysis for exchanging seawater experiment is carried out in Do-Jang fish port. The change of tidal velocity and water level is derived by the two-dimensional nonlinear shallow-water numerical model. To calculate exchange rate of seawater with the change of tidal velocity and water level, a two-dimensional numerical model is employed which governing equations are Fokker-Plank equations. The calculated exchange rates of each time are described in tables and figures.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.9
no.1
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pp.41-52
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1989
Numerical characteristics for the shallow water equation are analyzed with ADI, Hansen, Heaps, Richtmyer and MacCormack schemes. Stability, CPU time and accuracy are investigated for the linear model which has analytic solutions and circulation is simulated for the nonlinear model. The results show that ADI method has some defects in CPU time and accuracy for the computation of velocity. But ADI method simulates circulation well and has the largest stability region. Richtmyer scheme is the best among the other explicit schemes. Effective viscosity term is found to be essential for numerical experiments of the shallow water equation.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.11
no.2
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pp.77-89
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1991
Based on Boussinesq equation, the parabolic approximation equation is used to analyse the propagation of shallow water waves with currents over slowly varying depth. Rip currents (jet-like) occur mainly in shallow waters where the Ursell parameter significatly exceeds the range of application of Stokes wave theory. We employ the nonlinear parabolic approximation equation which is valid for waves of large Ursell parameters and small scale currents. Two types of currents are considered; relatively strong and relatively weak currents. The wave propagating over rip currents on a sloping bottom experiences a shoaling due to the variations of depth and current velocity as well as refraction and diffraction due to the vorticity of currents. Numerical analyses for a nonlinear theory are valid before the breaking point.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.60
no.5
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pp.341-350
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2023
In this paper, numerical experiments are performed to examine the collision between a solitary wave and a wave-packet (dispersive wave) in shallow water. We attempt to introduce the improved Boussinesq equation governing the experiments, which is solved by using a semi-analytical approach, called Pseudo-parameter Iteration method(PIM). Using various numerical experiments, we have observed that the wave-packet (propagating dispersive wave) experiences a phase shift after collision with a solitary wave. This phenomenon may be considered as a nonlinear wave-wave interaction in shallow water.
In this study, a 3D numerical model was used to predict nonlinear wave forces on a cylindrical pile installed in a shallow water region. The model was based on solving the viscous and incompressible Navier-Stokes equations for a two-phase flow (water and air) model and the volume of fluid method for treating the free surface of water. A new application was developed based on the cut-cell method to allow easy installation of complicated obstacles (e.g., bottom geometry and cylindrical pile) in a computational domain. Free-surface elevation, water particle velocities, and inline wave forces were calculated, and the results show good agreement with experimental data obtained by the Danish Hydraulic Institute. The simulation results revealed that the proposed model can, without the use of empirical formulas (i.e., Morison equation) and additional wave analysis models, reliably predict non-linear wave forces on an offshore wind turbine foundation installed in a shallow water region.
To design a coastal structure in the nearshore region, engineers must have means to estimate wave climate. Waves, approaching the surf zone from offshore, experience changes caused by combined effects of bathymetric variations, interference of man-made structure, and nonlinear interactions among wave trains. This paper has attempted to find out the effects of two of the more subtle phenomena involving nonlinear shallow water waves, amplitude dispersion and secondary wave generation. Boussinesq-type equations can be used to model the nonlinear transformation of surface waves in shallow water due to effect of shoaling, refraction, diffraction, and reflection. In this paper, generalized Boussinesq equations under the complex bottom condition is derived using the depth averaged velocity with the series expansion of the velocity potential as a product of powers of the depth of flow. A time stepping finite difference method is used to solve the derived equation. Numerical results are compared to hydraulic model results. The result with the non-linear dispersive wave equation can describe an interesting transformation a sinusoidal wave to one with a cnoidal aspect of a rapid degradation into modulated high frequency waves and transient secondary waves in an intermediate region. The amplitude dispersion of the primary wave crest results in a convex wave front after passing through the shoal and the secondary waves generated by the shoal diffracted in a radial manner into surrounding waters.
A numerical analysis for wave motion in the shallow water is presented. The method is based on potential theory. The fully nonlinear free surface boundary condition is assumed in an inner domain and this solution is matched along an assumed common boundary to a linear solution in outer domain. In two-dimensional problem Cauchy's integral theorem is applied to calculate the complex potential and its time derivative along boundary.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.6
no.3
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pp.281-289
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1994
An equation set of nonlinear model for regular/irregular waves presented in this study can be applied to waves travelling from deep water to shallow water, which is different from the Boussinesq equations. The presented equations completely satisfy the linear dispersion relationship and when expanded, they are proven to be consistent with the Boussinesq equation of several types. In addition, the position of averaged velocity below the still water level is estimated based on the linear wave theory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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