基于康达效应的海底集矿装置流场与集矿特性试验研究

海底集矿作为深海矿产资源开发的核心技术之一,直接影响到矿石采集效率和海底沉积物受扰动程度。基于康达效应的水力集矿装置因具有结构简单、可靠性高及对海床扰动小等优点,受到广泛关注。针对基于康达效应的水力集矿头模型进行3种类型的试验研究：1)利用粒子图像测速(PIV)技术测得集矿流场速度分布,试验发现流体质点在靠近凸曲面壁处流速和沿法线速度梯度较大,而远离凸曲面壁处则相反;2)通过高速摄像和图像处理获得球形矿粒运动轨迹和速度,试验发现了不同射流流速下5种典型矿粒运动形态;3)分析了射流流量对矿粒采集率的影响,试验得到了颗粒采集率关于射流流量的变化曲线,并根据变化特征划分为增长区、缓变区和跃升区。研究可为新式集矿装置的优化设计与性能分析提供参考。     

图像处理技术在酒精检测中的应用

将图像处理技术应用在酒精检测中,提出了一种检测酒精含量的方法,通过待检测样品与试剂反应形成的圆斑面积,计算得到样品中的酒精含量值.并使用VC 编程实现了该算法,进行了大量的实验验证,证明本文提出的图像处理方法行之有效.     

同向流中椭圆喷口射流掺混特性实验研究

采用激光诱导荧光技术(laser induced fluorescence-LIF)对同向流动环境中具有不同喷口高宽比(aspect ratio-AR)、射流比(velocity ratio-VR)的椭圆喷口射流与圆喷口射流的标量物质浓度场进行可视化和定量化研究。系统研究了同向流动环境中椭圆喷口射流浓度场的各种掺混稀释特性:中心线稀释度,射流扩展宽度,下游不同断面上的时均浓度分布和紊动强度分布。采用紊流理论和量纲分析方法对实验数据进行分析讨论,给出同向流动环境中受动量控制的椭圆射流稀释度预报方法,提出该类椭圆射流稀释度预报方法归并到已有圆射流系列预报模型中的实现途径,比较了具有相同出口超值动量Me0的圆射流与椭圆射流的沿程稀释度变化。由于椭圆射流比圆射流具有更高的稀释度增长比率,说明椭圆射流比圆射流具有更好的掺混稀释效果。     

不同来流条件下四圆柱尾流场试验研究

基于粒子图像测速技术(PIV)对小间距比比L/D=1.5工况下方形布置四圆柱在不同来流角角α(α=0°、15°、30°、45°)条件下的尾流流场特性进行了试验研究,分析了不同来流角度条件下四圆柱瞬时和时均尾流流场特征,获得了瞬时和时均速度矢量、涡量等值线、流线拓扑及雷诺应力分布随来流角度变化的规律。试验结果表明,来流角度对方形布置四圆柱尾流形态有显著影响。四圆柱瞬时尾流形态随来流角度增大可分为延伸体流动流态(α=0°)、尾流剪切层附着流态(α=15°、30°)及尾流剪切层共同脱落流态(α=45°)三种流态。当来流角度增大时,四圆柱下游断面平均流向速度分布由"W"形向"U"形转变,时均雷诺正应力及雷诺剪切应力等值线分布特征也会发生明显改变。     

固体火箭发动机燃气射流噪声数值模拟

为了研究固体火箭发动机燃气的气动噪声特性,建立了二维轴对称的射流数学模型,采用大涡模拟(LES)方法对火箭发动机超声速燃气射流流场进行了数值模拟,然后利用 FW-H 面积分得到了超声速燃气射流噪声的分布特性。 计算结果表明:该方法能较好地捕捉超声速燃气射流的复杂波系流场结构,射流噪声辐射具有较明显的指向性。     

非完整表面角反射器的RCS特性研究

角反射器对雷达电磁波有极强的反射回波特性,可模拟舰船、装甲车等军事目标。金属角反射器在使用过程中因锈蚀、油污等原因造成角反射器表面破损,造成其性能严重下降。分别研究了角反射器反射面不同的破损面积和破损数量条件下雷达散射截面积（RCS）特性,金属角反射器RCS值随反射面破损数量增多和面积增大快速降低,可有效量化评估角反射器电磁波反射能力。     

基于竖轴漩涡水动力特性的海底矿粒采集方法试验研究

随着新能源等新兴产业的高速发展,金属矿产资源需求激增,国内外争相发展深海采矿技术。基于竖轴漩涡的水动力特性,设计了一种带有4个切向射流喷嘴的吸盘式水力集矿装置,提出应用切向射流在集矿装置内诱导生成竖轴漩涡的新集矿方法。开展水力集矿模型试验,研究竖轴漩涡集矿流场流速分布特征;分析低、中、高3种旋流度流态下,集矿流量对矿粒运动轨迹和采集率的影响。结果表明：矿粒起动轨迹随着旋流度的增加,逐渐从混乱无序转向明显的圆周运动;在特定集矿流态下,矿粒采集率随集矿流量的增加不断提高;当矿粒采集率超过90%时,集矿流量需求随着旋流度的增加而减小。通过采矿车原理样机水池测试,初步验证了集矿装置的集矿性能,可为集矿装备的设计研发与论证提供借鉴。     

深海多金属结核水力集矿头流场结构数值模拟研究

深海蕴藏着丰富的多金属结核资源,受海水深度等限制,结核采集目前仍存在巨大挑战。水力式采矿具有结构简单、可靠性高的优势,是目前最具发展前景的采集方式之一。水力式采矿通过水流动力进行结核采集,喷射形成的复杂流场结构直接影响海床上结核颗粒剥离、起动、采集效率和海洋环境扰动强度,采集器离地高度、喷嘴射流角度和速度等具有较大优化空间。基于计算流体力学数值模拟研究了集矿头附近三维水流结构,分析了喷嘴射流速度和结核粒径对局部流场、床面剪切力以及结核采集能效的影响。结果表明：集矿头周围流场存在典型分区结构,包括淹没射流区、冲击区、壁面射流区、汇合区和上升区;随着喷射流速增大,最大床面剪切力近似线性增长,结核有效起动面积指数增长;随着结核粒径增大,有效起动面积减小,结核采集能效降低;综合考虑结核采集强度和采集能效,建议采集器喷射流速取8～9 m/s。     

图像处理在客流检测中的算法研究

为了将图像处理技术应用于智能客流检测,准确及时地获取运动信息,对视频图像中运动物体的分割与跟踪技术进行研究,将图像分割与跟踪技术有机地结合在一起。采用帧间与帧内相结合的分割算法,将图像填充技术应用于图像分割,消除了背景区域的干扰以及图像处理过程中造成的失真,达到了准确获取视频流中运动物体的目的。在图像跟踪过程,引入了边缘衍生点的概念,在此基础上,提出基于部分轮廓线特征点集的多线程跟踪算法,把运动物体跟踪转变为连续帧间特征点集匹配的问题,极大地减少了运算量,解决了图像跟踪处理领域中目标物体自遮挡与不完全遮挡的难题。经客流测试证明,文中方法能够对上下车客流数量进行准确统计。     

海水声速剖面基函数的重构性能分析

海水声速剖面通常使用经验正交函数（Empirical Orthogonal Function,EOF）进行稀疏表示,然而基函数会受到数据完备性和数据测量时间的制约,其代表性误差会导致声速剖面重构精度受限。为了提高声速剖面的重构精度,本文利用模糊C均值聚类对BOA_Argo历史数据集进行聚类分析,探讨不同聚类空间的训练集数据对实测声速剖面重构精度的影响。研究表明,声速剖面具有明显的时空聚集特性,聚类后的历史声速剖面集生成的基函数和平均声速剖面具有最优的重构性能。本文研究结果有助于为历史声速剖面训练集的选取提供实际指导意义,进而提高声速剖面重构精度乃至反演精度。     

高压水射流与潜水员水下作业安全研究

从高压水射流技术在水下工程中应用及高压水射流的作用效应和伤害特征着手,分析影响水下高压水射流作业安全的因素,总结各国制订高压水射流作业的安全标准规程现状,提出制订我国水下高压水射流作业安全规程若干认识和设想。     

Experimental investigation of jetting effect on spudcan extraction from soft clay

The jack-up unit may suffer difficult extraction from soft clay attributed to the large embedment and suction. To ease spudcan extraction, the jetting technique is extensively adopted. The jetting effect on spudcan extraction is investigated with a series of model tests. Firstly, the effectiveness of top jetting is investigated, and it is found that the top jetting is not effective in reducing extraction resistance. Secondly, the efficiency of different jetting procedures are studied. It is revealed that jetting prior to extraction reduces the suction by increasing the excess pore pressure at spudcan base. And the jetting after extraction begins reduces the suction by filling the gap formed under the spudcan with jetting water and eliminating cavitation. Finally, tests with different jetting times, jetting rates, jetting pressures, and jetting nozzle locations and numbers are conducted. It is found that the effect of jetting time converges as it increases. The flow rate of jetting prior to extraction has little effect on jetting efficiency, whereas the flow rate of jetting after the extraction begins has significant influences on the jetting efficiency. Jetting pressure also has great effect on jetting efficiency, and converges as it increases. The closer the nozzles are located to the spudcan edge, the sooner the post-peak extraction resistance decreases. And the jetting efficiency increases with the nozzle number. The findings from the experimental studies can serve as a reference for future studies on the operation and optimization design of a jack-up jetting system.     

Model and experimental study on jetting flow rate for installing surface conductor in deep-water

Jetting is preferentially adopted for surface conductor installation in deep-water oil and gas facilities. Surface conductor bearing capacity decreases due to soil disturbance, which is the main risk of jetting technology. A calculation model of the minimum jetting flow rate is established based on Bernoulli's theorem and soil mechanics. Jetting experiments are carried out to investigate the effect of jetting flow rate on the bearing capacity of surface conductor. Experiment results show that the bearing capacity of surface conductor decreases exponentially with flow rate. Considering the effect of flow rate both on hydraulic breaking soil capacity and the bearing capacity of surface conductor, a design method of jetting flow rate for installing surface conductor is proposed. This method ensures the successful implementation of jetting technology and has been successfully applied in more than 30 deep-water wells in the South China Sea and West Africa.     

舟山虾塘纹藤壶种群结构研究

应用挂板试验,研究了挂板浸水时间、挂板角度和对虾养殖塘内外环境差异等因素对附着于挂板上纹藤壶种群结构的影响．     

基于LabVIEW虚拟海底正压冲固桶基检测仪研究

为了实时检测海底喷冲桩坑的形状和体积,对正压冲固平台海底桩坑坑形声纳分层旋转扫描检测技术进行了研究,运用最小二乘法和分段插值算法实现了3D桩坑坑形实时仿真显示。实验结果表明,该系统具有运行可靠、高效、实时性强等特点。     

CICE海冰模式中融池参数化方案的比较研究

冰面融池的反照率介于海水和海冰之间,获得较准确的融池覆盖率对认识极区气冰海耦合系统的热量收支有重要意义。在数值模式中,融池覆盖率的模拟结果直接影响到冰面反照率计算的准确性,本文对CICE5.0中的3种融池参数化方案进行了较系统的比较分析,结果显示3种方案各有优缺点,模拟结果都存在一些问题。cesm方案中判断融池冻结的条件更为合理。比较而言,融池冻结条件更改后的topo方案模拟的北冰洋区域平均融池覆盖率的年际变化幅度、融池覆盖范围、融池发展盛期持续时间与MODIS数据最接近。通过修改CICE5.0中的代码漏洞,研究了融池水的垂向渗透效应,这一效应会带来一些负面影响,如lvl方案中多年冰上几乎没有融池,说明目前的CICE模式中对于海冰渗透性演化或其他物理机制的处理仍有待改进。最后,着重讨论了topo方案的改进思路。     

养水机工作时长对参池氮磷营养盐及初级生产力的影响

采集以6 h、12 h、18 h养水机工作时长下的刺参(Stichopus japonicus)养殖池塘水样,测定无机氮、磷酸盐浓度和初级生产力毛、净产量,并对无机氮组成占比、氧化参数和P/R系数(初级生产力毛产量与自养呼吸量之比)进行了测算,以探究养水机工作时长对池塘氮、磷营养盐和初级生产力的影响.结果显示,延长养水...     

深水导管设计及喷射安置工艺技术研究

海洋深水区域日益成为海洋油气勘探开发的热点,但海洋深水地层因其特殊的沉积环境,致使深水钻井面临不稳定的海床、地层破裂压力低及海底低温等诸多的挑战,喷射导管技术是解决深水浅层所面临挑战的技术之一.该技术采用在导管内下入喷射动力钻具的方式,依靠导管串自身重力边钻进边下入导管,喷射到位后利用地层的黏附力和摩擦力稳固住导管,起出送入工具和管内钻具,完成导管的安装,避免因水泥浆密度过大而压破地层,也可避免由于深水低温等因素影响固井质量.通过对导管的受力分析,提出了导管的下深及导管串组成结构,同时也研究了导管在喷射安置过程中如何优选喷射钻进参数及采取的技术措施,确保导管喷射安置到预定位置,为海洋深水井导管设计与喷射安置导管提供了很好的参考与借鉴.     

面向大规模02C卫星影像的色彩处理技术

色彩处理是卫星影像处理应用过程中的重要环节,大区域的资源一号02C影像处理的难点在于真彩色模拟和色彩一致性处理。通过分析02C影像特点及大区域色彩处理的主要影响因素,提出基于最小二乘拟合的02C卫星影像真彩色合成方法和面向多时相大区域02C卫星影像的色彩一致性处理技术。在保证色彩真实的前提下,兼顾了大范围影像色彩的局部差异和合理过渡,从而使图面效果达到最佳。通过甘南地区的生产实验,表明提出的色彩处理技术的可靠性得到充分验证。     

Research on extracting method of micro-scale remote sensing information combination and application in coastal zone

Due to the need of rapid and sustainable development in China’s coastal zones, the high-resolution information theory using data mining technology becomes an urgent research focus. However, the traditional pixel-based image analysis methods cannot meet the needs of this development trend. The paper attempts to present an information extraction approach in terms of image segmentation based on an object-oriented algorithm for high-resolution remote sensing images. An aim of the author’ research is to establis...