连云港港区二维潮流计算

本文是在连云港整体物理模型试验的基础上,按照潮波能谱模式进行全港区二维潮流计算。本模式在空间上采用有限元法求解能谱控制方程中的水位,进而求得各分潮的水位和流速值。通过叠加求得任意时刻的水位、流速的瞬时值。该方法简捷、有效,适应性强。通过连云港西大堤工程的兴建与不建两种情况的计算,所得结果与物理模型试验结果进行了比较。证明该方法是成功的。     

用一维水力学方程求取泻湖水位及潮汐汊道断面流速——以海南陵水新村港为例

本文通过一维水力学运动方程及连续性方程,得出一个反映泻湖水位变化的二阶非线性有阻尼的强迫振动方程,采用龙格-库特四步格式进行求解,并以海南陵水新村港为例,计算了泻湖水位及潮汐汊道的断面流速.研究结果表明:(1)一维水力学方程可容易地求得泻湖-潮汐汊道体系中泻湖内的水位及汊道的断面流速,计算简单快捷.(2)一维水力学方程可分析潮汐汊道体系中的一些基本现象.如潮汐汊道对潮波的"过滤器"特征;由于泻湖-潮汐汊道体系的阻尼系数较大所导致的潮波自外向泻湖传播时衰减剧烈;径流对泻湖水位及汊道流速产生有利于落潮优势的影响;风可使泻湖水位抬升或下降等.(3)无论是否考虑泻湖与潮汐汊道面积随水位的变化,一维水力学方程都具有相当大的缺陷.由于其不能反映泻湖内地形的空间变化,也不能解决漫滩与归槽等过程,在外海潮波无次生波的情况下,它本身不能产生次生潮波,因而不能正确地反映潮汐汊道体系的涨落潮历时与流速不对称,从而不能分析泥沙的净输运及潮汐汊道的稳定性问题.(4)新村港泻湖-潮汐汊道体系中潮汐汊道的断面面积大小对整个体系的稳定性及演变趋势起着控制作用.     

各种间隙比下海底管线绕流二维数值模拟与实验研究

通过数值模拟方法与物理模型实验,对不同间隙比情况下的海底管线绕流特性进行研究。数值模拟采用有限差分法对标准k-ε湍流方程和控制方程进行离散,利用GMRES算法求解离散方程,模拟绕流流场。物理模型实验中采用超声测速仪ADV系统测取不同断面的流速分布情况,分别分析不同间隙比情况下的漩涡运动特性。同时分析各垂直断面不同间隙比时尾流流速变化情况,数值模拟结果与实验结果吻合较好,本文成果为进一步研究海底管线的防护措施打下基础。     

流速和潮位变化对波浪在近岸区传播的影响

从射线理论出发,研究了在流速和潮位变化同时作用下,波浪在近岸区的传播过程,得到了波向线及其散开因子在该情况下的修正方程,并根据波作用量守恒的原则,求出了沿波向线波高变化的表达式。作为算例,首先对一简单地形区域波浪传播进行了计算,并和已有的成果作了比较;同时还应用本文理论模式对广西廉州湾海域的实际波浪传播进行了计算。计算结果表明,流速与潮位变化对波浪传播过程有明显的影响。     

用溶解氧数据计算浙江沿岸上升流流速

上升流流速的计算是上升流研究中的一个重要课题。根据文献报道,现在一般用水文要素来计算上升流流速。所用的方法有:等密度线位移法,溫盐扩散法、海流连续方程积分法和海水质量守恒法等。而用水化学要素计算上升流流速的文献,至今未见。本文首次用上升     

一个近岸海流数值计算模式的开边界条件

为了计算的省时性,ＩＡＰ近岸海流数值模式采用了分解算法,即将控制方程分解为３个过程并用不同的时间步长进行积分。文章在此基础上对分解后的控制方程作局地线性化,得到了适合不同过程的开边界条件。对于适应过程,控制方程变换为等价的表示沿不同方向传播波动的特征方程。传出计算区域的波动用特征方程来描述,而传入波动则由无反射边界条件来消除。对于演变过程,求出了解析形式的通解。在流出点上,边界条件可以借助解析解由上一时刻区域内部或边界上的已知值求得;而在流入点上,边值保持定常。对于耗散过程,不需要边界条件。最后对所提出的开边界条件进行了数值检验,结果是令人满意的。     

完全非线性孤立波的稳态解

报道了应用边界积分方法模拟完全非线性孤立波的传播,给急剧记解的波形,流束和数值计算结果。结果表明,本模型对计算孤立波的传播是有铲的。当ａ／ｈ〉０．３时,自由液面上的水平流速、底部流速和垂向平均流速之间的差别是明显的。三阶Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程的孤立波解比低阶方程的孤立波解更接近本文完全非线性的数值解。     

非线性弱色散波内部流场的重构

基于势流理论和级数直接求逆方法,本文建立了基于Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程或Ｇｒｅｅｎ－Ｎａｇｈｄｉ方程给出的水深平均流速或某特征流速及波面信息重构非线性弱色散波内部流场的算法。以Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程的孤立波解为例,用本反演方法计算了孤立波的表面水平流速及底部水平流速。结果表明本算法是有效的。本反演算法可用于获取非线性弱色散波的内部流场的详细信息。     

大辽河口海域环境容量计算和承载力预警技术研究

以2019年大辽河口海域水环境调查资料为基础,构建了二维流体动力学方程和水质控制模型,运用保守物质扩散方程,求得污染源排放量-输出响应浓度相关方程,用反演迭代法计算该海区污染源的环境容量。按照海洋功能区划水质标准,以不同类型功能区管理环境要求为控制目标,计算污染物COD、无机氮和磷酸盐的标准环境容量。按污染物承载力等级标准来评价,该海区环境承载力的结果为COD和磷酸盐可载,无机氮严重超载。最后,利用计算机语言编写的海域污染物承载力预警系统对海域环境承载力进行评价和预警。     

粘性流体在光滑横管外壁形成液膜的机理研究

采用低雷诺数小流量模型 ,对轴向有外加恒定速度气体流动的粘性流体在水平管外形成的液膜的流速及膜厚分布进行分析和计算。计算中针对本文所研究对象的情况 ,对柱坐标系下的液膜和气膜连续方程和 Navier- Stokes方程均进行无量纲处理 ,忽略高阶小量 ,从而抓住影响问题的主要方面 ,进行计算得到了附壁膜流速表达式和膜厚的数值解。     

考虑阻尼海底悬跨段管道的动力特性及允许悬空长度

以海底悬跨段输液管道为研究对象,考虑管道结构阻尼、流体附加阻尼、管内流体流动及管道轴向力和压强的作用,对其进行受力分析,导出管道振动微分方程,进而得到管道动力特性方程。用Hermit插值函数对管道的动力特性方程进行离散得到有限元表达式,采用复模态分析法,求得管道的自振频率。为防止管道发生横向涡激振动,用约化速度作为控制条件,确定管道允许悬空长度。结果表明,管道允许悬空长度随着内流流速、轴向压力和管内压强的增加而减小,随着轴向拉力的增加而加大。     

一种卧式浪流发电装置研究与试验

主要介绍一种新型的卧式浪流发电装置的基本原理,从理论计算、模拟分析及海上试验的角度探讨不同流速下的转矩与功率、总能量及能量转换效率等重要参数。理论计算时,借鉴垂直轴水轮机的相关公式,同时考虑部分波浪的作用。模拟分析时,根据雷诺方程,选择湍流模型及控制方程,模拟不同流速下的发电性能参数。海上试验时,采用机构与漂浮潜体固定联接方式,通过船舶运送布放,连接启动,对其工作状态进行实时监测和测试,获取实际数据和资料。结果表明,该轮机在0.23 m/s的低流速下即可起动,不需要换向,主轴传递扭矩与功率呈现先增加后降低的趋势,并在1.5 m/s时扭矩与功率最大,效率值可达到35.65%,单机容量最大可达到459W。     

仅考虑铅直湍流的海流流速计算及予报的研究

本文在仅考虑铅直湍流的情况下,提出一种计算海流流速及予报海流流速的理论及方法。是在海流基本上是由海洋内部密度分布及海面风力和气压作用下形成的认识下,依据一定的事实,先行确定水平压强梯度力及铅直湍流动力粘滞系量,而后计算定常恒速海流及予报海流流速的。在建立海流流速予报方程解时,除了要求得流速随时间变化的解,尚需求得海水密度随时间变化的解。在海水密度随时间的变化予知的情况下,即可依据予知的风速及降水、蒸发差等随时间的变化,予报海流。曾对东中国海黑潮流系进行了定常恒速水平流速的计算。     

参数方程法确定线路放样中边桩坐标

给出了线路放样过程中确定中边桩坐标的新方法。根据曲线模型，找出线路控制坐标系与局部坐标系坐标之间的参数方程关系，推出了缓和曲线及圆曲线中、边桩坐标的参数方程，代入已知量求得参数的值，且给出了求解步骤。该方法思路清晰，具有一次转换计算就可以实现获取线路中边桩测量坐标的优点，便于工程应用。     

海洋对移行风场的瞬时响应

本文研究无界有限深度海洋对移行风场的短周期响应问题。分析表明:第一,响应扰动具有两种类型,即地转流动和惯性重力波动,第二,提出一种圆形旋转风场在海上移动所产生的扰动源,扰动源主要决定于风应力旋度的分布,第三,以扰动源作为一种脉冲构成运动方程的非齐次项,求解得出海洋的响应主要取决于圆形风场;最后,通过计算求得扰动流速和海面升高的时空分布,扰动响应在强度、范围及持续时间上均与风场密切相关。     

坠落物体产生的冲击荷载对海底管线的损伤分析

提出了坠落物体产生的冲击荷载对海底管线的损伤一种简易可行的分析方法。对坠落物体进行分类,然后进行运动形式分析,求得冲击速度,根据动力问题控制方程,使用著名商业软件‘ANSYS/LS-DYNA’,‘LS-DYNA’是世界上最著名的通用显式动力分析程序,对实际的工程算例进行了仿真模拟分析。得到的计算结果与已有经验方程结果是基本一致的。该方法可以和一般风险分析方法一起用作海底管线损伤分析和保护措施校核分析。     

大尺度圆柱墩群周围的波流场的数值模拟

本文对波流共同作用下大尺度圆柱墩群周围的波流场进行了数值研究。利用波浪弥散关系的迭代计算求得波向与流向的夹角以及波浪的相对频率。流场通过求解浅水环流方程得到,波浪场通过求解含流的缓坡方程得到,通过二者的迭代计算得到大尺度圆柱墩群周围的波流场的耦合解。用有限元法建立了数值模型,并将本文的计算数据与试验数据以及其他学者计算数据进行了比较,结果较为合理。     

潜型水平板水动力特性的数值研究

运用数值解析方法研究一个位于自由水面下的水平、刚性薄板的水动力特性。这种水平板可作为一种固定式浮型防波堤使用。假定流体为势流，波浪为线性时间谐波，利用格林定理，可将拉普拉斯控制方程简化为第二类Fredholm积分方程。采用线性分布的不连续单元，通过边界元法，可建立求解薄板源强分布的一组线性代数方程组，引入三维格林函数计算各个基本单元，并由积分方程直接求得附加质量，阻尼力和散射力。结果发现当板非常接近自由表面时，在一定频率范围内，附加质量为负值。本文另一主要特点是引入了GMRES快速迭代算法，这种算法可大量节省计算机内存，计算单元数高达数千个并且具有良好的收敛特性。     

基于紊流随机理论的航槽三维流动数学模型

根据窦国仁的紊流随机理论，建立了一种模拟河口海岸水域中航槽三维流动的数学模型。采用控制体积法导出三维偏微分方程的离散格式；将水压力分解为动水压力和静水压力，用Patankar和Spalding提出的压力校正法求解动水压力，通过求解水位控制方程来得到自由表面；紊流模型采用安国仁提出的紊流随机理论，克服了k—ε模型中采用各向同性紊动粘滞系数的不足，而k—ε模型可作为紊流随机理论的一个特例。该模型计算了各种不同挖深比，各种航槽与水流交角的航槽流速分布，利用该模型计算得到的挖槽中的流速分布与水槽及水池试验资料相吻合。利用该模型可为开敞水域中开挖航槽的选择提供依据。     

相同尺度地形与背景流共振生成内孤立波机制

为研究内孤立波的地形和背景流共振机制,用地形和背景流共振机制计算了3个潜标观测的内孤立波(不同模态、不同波长)的流速和传播速度,并与观测到的内孤立波进行比较。潜标观测的第一模态内孤立波(波长分别为6.4和3.3km)都是下凹型内孤立波,2个内孤立波的传播速度约为1.4m/s、最大振幅约为48m,水平流向结构都是上层西北向、下层东南向,波长3.3km 的内孤立波波峰前后有更明显的下降流和上升流。用共振机制计算出的第一模态和第二模态纬向流速的垂向结构与观测相同,最大纬向流速出现的深度与观测一致,分别相差5和12m。用共振机制计算出的内孤立波传播速度与用 KdV 方程计算的传播速度相当,共振机制计算波速为0.66~1.21m/s,KdV 方程计算波速为0.79~1.40m/s。