脉动气流对沸腾表面水分蒸发影响的数值模拟

【目的】考察脉动气流掠过沸腾水面时,流动参数对水分蒸发效果的影响,探究脉动气流强化蒸发过程的机理。【方法】建立二维物理与数学模型,采用商用软件ANSYS FLUENT 14.5进行数值模拟,研究正弦脉动气流掠过沸腾水面时水分的蒸发情况,分析一定蒸发时间内脉动气流的振幅、频率、气流速度以及温度对水分蒸发的影响。【结果】相比于匀速气流,气流脉动时沸腾表面水分的相对蒸发量提高了约50%;脉动气流的相对振幅从0增加至1.0时,沸腾表面水分的相对蒸发量提高了约1.8倍;脉动气流的频率从0 Hz增加至110 Hz时,沸腾表面水分的相对蒸发量呈现出先增加后减小的变化;气流速度从4 m/s增加至10 m/s时,沸腾表面水分的相对蒸发量提高了约15.3倍;脉动气流的温度对沸腾表面水分蒸发的影响不明显;气流脉动时,水分蒸发速率呈周期性变化。【结论】脉动气流周期性地对水面水蒸气浓度边界层进行扰动,强化了水面的对流传质,从而促进了水分蒸发。     

3种附属管排布方式对主管路水动力特性的影响

【目的】研究均匀流多管束干涉流动下圆柱受迫振动的水动力特性。【方法】基于SSTκ-ω模型,在亚临界雷诺数下(Re=1×10⁵)对多管束共振强迫的涡激振动问题进行二维数值模拟,比较与分析三种典型附属管排布方式对主管路流体动力学特征的影响。【结果与结论】采用模型3下的附属管排布方式可在较大范围的振幅比下(A_y/D=0.1~0.8)有效改善主管路水动力特性:1)有效降低主管路上平均升力系数的幅值;2)抑制在单管路系统中出现的脉动升力系数突变衰减。同时,由于多管束对流动产生干涉效应,主管路上表现的尾迹涡度随着振动幅度的增大而呈现出不同的模式。此外,功率谱密度分析发现,多管束系统相较于单圆柱系统,在频率比为1时,模型2与模型3的共振“锁定”状态得到改善。     

红鳍笛鲷和紫红笛鲷种类和群体的矢耳石地标点法识别

【目的】探讨矢耳石地标法在笛鲷种内及种间中的判别作用。【方法】利用2017年购自广西北海、海南文昌、广东阳江的87尾红鳍笛鲷(Lutjanus erythropterus)和76尾紫红笛鲷(Lutjanus argentimaculatus)成鱼的矢耳石样本,基于地标点法分析耳石的形态差异,运用判别分析检验耳石形态差异在2种笛鲷的种间和同种不同群体间的判别功效。【结果】位于听沟前中部交叉点的两个地标点10、11贡献较大,解释了耳石形态变异的64.88%～65.85%,表明两种笛鲷耳石形态的种间差异和种内群体差异主要集中于听沟前中部。基于耳石形态的地标点方法对2种笛鲷的种间判别成功率为97.4%和100.0%;红鳍笛鲷和紫红笛鲷的种内不同群体判别成功率分别为85.7%、83.3%、80.0%和94.1%、78.1%、81.5%。【结论】矢耳石地标点法可作为2种笛鲷种间和种内判别的有效工具。     

Zn-Al-NO_2 LDH对海洋工程中碳钢钢筋的腐蚀抑制规律

【目的】钢筋腐蚀是降低海洋工程耐久性的重要原因之一,缓蚀剂防护是抑制钢筋腐蚀萌生和发展的有效手段,本研究旨在探求Zn-Al-NO_2 LDH智能缓蚀剂对海洋工程钢筋腐蚀的抑制规律。【方法】采用紫外分光度计和傅里叶红外光谱研究Zn-Al-NO_2 LDH在模拟海洋混凝土环境中的离子控释规律,采用电化学技术研究Zn-Al-NO_2 LDH对碳钢钢筋的缓蚀规律。【结果】海洋工程环境中的氯离子和碳酸氢根离子都能触发Zn-Al-NO_2 LDH中亚硝酸根离子的释放,且碳酸氢根离子的刺激作用比氯离子更加显著;Zn-Al-NO_2 LDH对钢筋的缓蚀效率与环境中pH值、氯离子浓度相关,在高碱性环境下其缓蚀效率随环境氯离子浓度增大而增大,在弱碱性环境下其缓蚀效率随氯离子浓度增大而下降。【结论】Zn-Al-NO_2 LDH可作为性能优异的智能缓蚀剂来抑制海洋工程钢筋的腐蚀乃至海洋工程的损伤。     

近水面水平圆柱在波浪作用下的水动力系数

【目的】研究大幅非线性波浪作用下近水面水平圆柱上波浪力和水动力系数的特征。【方法】基于黏性流理论和有限体积方法开发数值波浪水槽模型,分析入射波波幅和波频率对波浪力特征的影响,提出可以考虑圆柱完全暴露于空气情况的改进Morison方程,通过大量的数据拟合得到水动力系数,并讨论改进的Morison方程对波浪力预测的适用性。【结果】圆柱上波浪力随波幅和频率增大逐渐增大,而由于浮力占重要比例,正垂向力受波频率的影响并不显著;所得近水面水平圆柱惯性力系数和速度力系数最大值比淹没圆柱在线性波浪作用下的水动力系数大。【结论】所提出改进的Morison方程对波浪力的预测有较好的适用性。     

改进天牛群搜索算法及其在船舶纵摇运动预测中的应用

【目的】针对天牛群搜索算法易陷入局部最优及搜索精度较低等缺陷,提出一种基于二阶振荡自适应变异的天牛群搜索算法。【方法】该算法引入二阶振荡环节增加算法的全局探索能力和局部开发能力。采用正余弦搜索思想对天牛个体进行位置更新,使得天牛个体可充分的利用自身与最优位置的差值信息逐渐趋近最优解。同时引入自适应t分布变异算子来增加种群的多样性,避免算法陷入局部最优。【结果与讨论】对高维单峰函数、高维多峰函数的仿真实验结果表明,改进的算法有效地提高其搜索精度、收敛速度及鲁棒性,克服其易陷入局部最优的缺陷。将改进天牛群算法应用于BP神经网络权值及阈值优化对船舶纵摇运动姿态进行预测,并于BP网络、BSO-BP网络及PSO-BP网络的预测结果进行比较,精度分别提升85.7%、74.6%和77.2%。改进天牛群搜索算法在实际工程应用中具有一定的优越性。     

华南两次强台风暴雨过程的水汽与湿位涡对比分析

【目的】探讨不同季节但路径相似的台风暴雨的相关特征,为不同季节的台风暴雨落区预报提供参考依据。【方法】利用常规的探空和地面资料以及NCEP/NCAR1°×1°全球再分析资料,计算2个强台风的水汽通量散度和湿位涡场。对比分析水汽通量辐合、湿位涡正压项(MPV1)和斜压项(MPV2)的水平和垂直分布特征,以及与暴雨落区的对应关系。【结果】秋季的"彩虹"台风高层副热带高压加强,而中低层冷空气和东南气流的汇合使"彩虹"台风的东侧和北侧获得更有利的动力环境条件;而夏季的"威马逊"台风北侧无冷空气影响,台风南侧外围强盛的西南季风气流卷入。台风"威马逊"期间,强的水汽通量辐合中心始终在台风及其残涡中心的南侧和西侧;台风"彩虹"登陆后60 h内一直持续有2支强盛的气流向台风中心输送水汽,而水汽通量的辐合中心与"威马逊"相反,位于台风中心的北侧和东侧,东南气流的卷入以及维持时间长使暴雨增幅。台风"彩虹"登陆后高层高值MPV1扰动下传,低层MPV2> 0并增强,湿斜压性得以增强,有利于垂直涡度增长,使台风低压得以维持和发展;登陆后48～66 h 925 hPa层MPV1为负值,使对流不稳定能量及潜热能的释放,有利于暴雨的维持。而台风"威马逊"登陆后湿斜压性增强不明显。2个台风强降水中心大致位于925 hPa MPV1正负中心过渡带偏向负中心一侧;"威马逊"过程低层MPV1负值中心在正值中心的左侧,对应着西南季风的汇入区;而"彩虹"过程低层MPV1负值中心在正值中心的右侧,对应着冷空气和东南气流的汇合区。这是2个台风暴雨落区差异的成因之一。【结论】本研究得出的湿位涡诊断结果对台风暴雨落区预报具有较好的指示意义。     

利用GPS TEC探测2015年尼泊尔地震激发的电离层扰动

利用尼泊尔周边区域6个IGS GPS跟踪站数据,对2015-04-25尼泊尔地震激发的电离层扰动进行分析。结果表明,地震发生后,尼泊尔上空电离层总电子含量（total electron content,TEC）存在不同频率的电离层扰动,扰动中心频率约为3 mHz和4 mHz。前者发生在震中附近1 000 km左右的范围,后者范围达2 000 km,推断其分别为地震破裂产生的声重波信号以及瑞利波向上传播到电离层所激发的异常扰动信号。联合两个频率扰动信号,根据观测的扰动位置以及经验扰动速度反演震中位置,结果与实际情况符合较好。     

养殖密度、投喂频率和投喂水平对珍珠龙胆石斑鱼特定生长率、饲料转化率和胃蛋白酶活力的协同影响

【目的】研究工厂化养殖条件下不同养殖密度(2、4、6 kg/m3)、投喂频率(1、2、3次/d)和投喂水平(60、80、100%饱食)对珍珠龙胆石斑鱼(棕点石斑鱼Epinephelus fuscoguttatus♀×鞍带石斑鱼E.lanceolatus♂)幼鱼的特定生长率、饲料转化率和胃蛋白酶活力等3生长性能参数的协同影响。【方法】采用中心复合实验设计(BBD)和响应曲面(RSM)方法分析。【结果】养殖密度、投喂频率和投喂水平的一次、二次效应对幼鱼特定生长率、饲料转化率和胃蛋白酶活力影响显著(P﹤0.05)。养殖密度与投喂频率对幼鱼的特定生长率和饲料转化率有极显著的交互作用(P0.01),对胃蛋白酶活力无显著交互作用(P0.05);养殖密度与投喂水平对饲料转化率和特定生长率有极显著交互作用(P0.01),对胃蛋白酶活力有显著交互作用(P0.05);投喂频率与投喂水平对特定生长率、饲料转化率和胃蛋白酶活力无显著交互作用(P0.05)。3响应面指标回归模型的决定系数分别为0.983 0、0.943 6和0.991 0,拟合方程可信度较高。响应指标优化结果表明,在养殖密度为42尾/m3,投喂频率为2次/d,投喂水平为81.24%条件下,特定生长率、饲料转化率和胃蛋白酶活力最佳,分别为1.291%/d、1.041%和154.322 U/mg,可靠性达94.6%,可信度较高。【结论】工厂化循环水养殖系统内养殖珍珠龙胆石斑鱼幼鱼,在养殖密度为42尾/m~3、每天2次的81.24%饱食投喂条件下,幼鱼可健康生长,生产成本最低。     

基于MATLAB的304不锈钢点蚀行为电化学噪声特征

【目的】研究304不锈钢在质量分数3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为。【方法】基于MATLAB软件,利用分段多项式拟合、快速傅里叶变换和希尔伯特黄转换的方法设计电化学噪声信号分析模块,得到噪声信号的时域谱图、功率谱密度图和幅值-频率-时间三维分布图。【结果】时域谱图中有明显的4个阶段,分别对应于不同的点蚀发展过程;在频域分析时,白噪声水平与低频区PSD线性部分斜率的分析结果与时域分析结果具有较好的一致性;HHT时频谱图瞬时频率的分布与点蚀发展过程相对应。【结论】分析系统实现方法简单、数据处理速度快、处理方法灵活,可以实现噪声数据的处理与分析。     

船舶柴油机余热利用系统性能优化

【目的】研究提高船舶主机燃料的综合利用率。【方法】结合MAN 6S50ME型船舶柴油机的余热能量特性和循环热力过程特点,分别建立基本循环、缸套水预热循环和回热循环等三种船舶余热利用有机朗肯循环系统模型,对三种余热利用系统的热力性能与经济性能进行计算和分析。【结果与结论】在三种循环系统中,缸套水预热循环的综合性能更具优势,在循环压力为2000 kPa时,系统的综合性能达到最优,循环净功为555.35 kW,热效率可达18.27%,循环发电净收益提高39.64%。研究结果可为船舶柴油机余热利用系统的设计和优化提供一定的理论指导。     

Combined action of uniform flow and oscillating flow around marine riser at low Keulegan-Carpenter number

With the increase of petroleum and gas production in deep ocean, marine risers of circular cylinder shape are widely used in the offshore oil and gas platform. In order to research the hydrodynamic performance of marine risers, the dynamic mesh technique and User-Defined Function （UDF） are used to simulate the circular cylinder motion. The motion of a transversely oscillat-ing circular cylinder in combination of uniform flow and oscillating flow is simulated. The uniform flow and oscillating flow both are in x direction. SIMPLE algorithm is used to solve the Navier-Stokes equations. The User-Defined Function is used to control the cylinder transverse vibration and the inlet flow. The lift and drag coefficient changing with time and the map of vorticity isolines at different phase angle are obtained. Force time histories are shown for uniform flow at Reynolds number （Re） of 200 and for the com-bination of uniform and oscillating flows. With the increase of amplitude of oscillating flow in combined flow, the change of lift am-plitude is not sensitive to the the change of cylinder oscillating frequency. Lift amplitude increases with the increase of oscillating flow amplitude in the combined flow, but there is no definite periodicity of the lift coefficient. The drag and inertia force coefficients change when the maximum velocity of the oscillating flow increases in the combined flow. The vortex shedding near the circular cylinder shows different characteristics.     

索马里急流和南亚高压对印度夏季风爆发的协同作用

【目的】探讨索马里急流和南亚高压对印度夏季风(Indian Summer Monsoon,ISM)爆发产生的协同作用。【方法】基于ECMWF欧洲中期天气预报中心第五代再分析资料(ERA5)提供的逐日数据,结合印度气象局对ISM爆发日期(即印度次大陆最南端的喀拉拉邦降水骤升的日期)的统计数据采用功率谱分析、偏相关分析和滑动相关等统计学方法,分析索马里急流和南亚高压对ISM爆发的协同作用。【结果】ISM爆发前1候至当候,印度地区对流层高层南亚高压的范围和强度不断扩大,同时对流层低层索马里急流的强度和范围不断增强,使阿拉伯海地区的西南气流不断增强,将阿拉伯海地区大量水汽输送至印度大陆,在这样有利的条件下,印度南部降水量剧增,ISM爆发;当5月下旬的南亚高压、索马里急流以及阿拉伯海地区水汽通量和气旋性环流均显著偏强时,ISM会提前爆发,降水也会异常偏多。【结论】ISM爆发日期受到索马里急流和南亚高压两者协同作用的影响,而并非单独受到某个系统的影响。     

海洋软黏土大直径沉桩贯入挤土效应

【目的】研究海上沉桩贯入软土地基诱发的挤土效应。【方法】利用有限元大变形RITSS程序,通过大量的参数分析,对海洋地基桩基础贯入引起的挤土效应、土体破坏机理、周围土体的水平和隆起位移,以及挤土效应的影响范围展开系统研究。【结果】将数值模型与锥形桩(圆锥贯入仪)经典理论解进行比对,获得了较好的一致性。对大量数值仿真结果进行统计,获得在海洋地基中沉桩时土体的径向位移和垂直隆起高度的定量化描述,桩周土在1~3倍圆桩半径范围内最大水平位移为0.26R。【结论】提出关于水平位移和隆起高度的计算公式,能够预测沉桩对临近土体扰动的影响范围,能较为准确地评估多桩系统中沉桩对临近桩基础的影响。     

温度对马尾藻及其油页岩混合物热解产气特性的影响

【目的】研究马尾藻及其油页岩混合物在不同温度下的热解产气特性。【方法】利用燃烧烟气污染物测试实验台,测量马尾藻及其油页岩混合物在温度区间400℃至800℃下CO和H_2的排放特性,包括峰值浓度、峰值时间和平均浓度。【结果】马尾藻以及其油页岩混合物的热解过程可分为慢速析出、快速析出和降速三个阶段。马尾藻单独热解实验中,排放的CO体积分数峰值达到10 367×10~(-6)。温度的升高有利于马尾藻在热解中CO和H_2的析出,反应的开始时间和完成时间均有所提前。在马尾藻与油页岩混合物的热解中,H2的析出在700℃时达到最高(体积分数峰值为1 254×10~(-6))。油页岩的加入迟滞了CO和H_2的排放时间。【结论】油页岩的加入有效减少马尾藻热解过程中CO的排放并缩短反应时间,提高效率节省能源,马尾藻与油页岩的混合热解具有良好的应用前景。     

基于最小能耗的海洋浮式平台位置轨迹优化

【目的】研究解决海洋大惯量浮式平台在复杂海况影响下所引起的振动冲击问题。【方法】采用逆运动学分析方法对平台回转位置进行优化研究,提出一种基于关节最小耗能的多目标轨迹优化算法。采用分段样条插值方法构造关节位置曲线,并建立关节能耗轨迹优化模型,采用粒子群算法实现对关节位置的优化搜索,从而得到基于平台转动最小耗能的位置优化轨迹。【结果与结论】所采用的轨迹优化方法能有效改善系统运行的平滑性,降低回转机构振动与冲击的影响程度,可为平台的振动与冲击主动控制提供必要的理论依据。     

非活动论与地球脉动式演化学说的再崛起──纪念张伯声院士逝世二周年

以强调岩石圈作大规模水平移动为特色的活动论在兴旺了２０余年之后，由于首先在大陆上，继之在海洋上碰上了麻烦；在研究地球演化的过程中，又在古地磁学与古气候学上遇到了不解之谜；地球的分层结构及其各种物理、化学参数对于经典的乃至修正了的板块学说的支持都显得软弱无力。人们不得不回过头来冷静思考其反对者们的意见。其实，持否定态度的学者一直没有停止过他们的研究，尤其脉动论者。如今，脉动学说有了新的发展，其中“地球多级驻波式脉动理论模型”的提出，使活动论的各种麻烦都成了它的根据。尽管以再崛起的脉动论为代表的非活动论尚未形成一股强大的科学势力，但其前景是不可低估的。     

三氯化铁絮凝小球藻的采收工艺

【目的】研究三氯化铁对小球藻絮凝采收效果的影响,并优化采收工艺条件。【方法】分析FeCl₃浓度、小球藻初始浓度和絮凝时间对小球藻采收效率影响,利用响应面法优化利用FeCl₃采收小球藻的工艺参数。【结果】单因素实验表明,FeCl₃质量浓度为0.6 g/L、小球藻初始质量浓度为0.42 g/L和絮凝时间为30 min时,小球藻的采收效率最高。响应面法分析表明,小球藻初始浓度对小球藻采收率有显著影响(P<0.05);影响采收效率的主次因素顺序为小球藻初始浓度>FeCl₃浓度>絮凝时间;FeCl₃浓度和小球藻初始浓度的交互作用对小球藻的采收效率有显著影响(P<0.05);FeCl₃浓度二次项对小球藻的采收效率有极显著影响(P<0.01)。【结论】利用FeCl₃采收小球藻的最佳工艺条件:小球藻初始质量浓度为0.55 g/L,FeCl₃质量浓度为0.6 g/L,絮凝时间为38 min,此时的采收效率为(98.6±1.9)%。     

湛江港海域游泳动物群落结构及多样性分析

【目的】研究湛江港海域的游泳动物资源结构及多样性特征。【方法】根据2016—2017年湛江港海域4个季度的底拖网渔业资源调查数据,采用相对重要性指数(index of relative importance,IRI)、Margalef丰富度指数(D)、Shannon-Wiener多样性指数(H')、Pielou均匀度指数(J)和ABC曲线(abundance-biomass comparison curve)分析该海域游泳动物的种类组成、优势种和多样性水平等群落结构特征。【结果】该海域共发现游泳动物173种,隶属于16目68科116属;其中鱼类种类数最多(98种,占总种类数的56.7%),以底层鱼类和暖水性鱼类为主;其次是甲壳类(66种,占38.2%),头足类最少(9种,占5.2%)。4个季节的优势种累计有11种(鱼类6种、甲壳类5种),其中条纹叫姑鱼(Johnius fasciatus)是春、夏、秋3个季节的共同优势种。从时间维度上看,秋季的H'、D均为最高,而春季的J最高;从空间维度上看,湛江港口门处S6站位多样性水平相对较高。ABC曲线结果显示,湛江港海域游泳动物群落在冬季受干扰程度高于其它3个季节。【结论】湛江港海域游泳动物种类丰富,其中鱼类是主要的游泳动物类群。