圆台型人工鱼礁单体流场效应的数值模拟

应用CFD软件FLUENT开展了圆台型人工鱼礁单体流场效应的数值计算,对比分析了圆台型人工鱼礁与金字塔型、三棱柱型、方型人工鱼礁的上升流最大高度、最大速度、平均速度等参数,讨论了圆台型礁的背涡区尺寸和流态。研究显示,圆台型礁的上升流最大高度可达礁体高度的2.14~2.17倍,上升流最大速度可达来流速度的0.76倍,上升流平均速度可达来流速度的0.125倍;背涡区长度约为礁体高度的2.3倍。研究结果表明,圆台型人工鱼礁流场流态的大部分指标优于其它4种常见礁型的流场流态,且背涡区漩涡多变、流态复杂,具有较好的应用前景。     

三种叠放形式的圆管型人工鱼礁流场效应数值模拟与PIV试验研究

人工鱼礁单体按不同的数量和排列方式组合投放会产生不同的流场效应。圆管型礁为目前黄渤海区增殖礁的重要礁体型式,为优化该礁体的投放数量与排列方式,选择了3种不同叠放个数(1个、3个和6个)的圆管礁,设定了5个流速梯度(4.5、9.0、13.5、18.0和22.5cm/s),利用PIV粒子图像测速技术和Fluent数值模拟软件对圆管型人工鱼礁的流场进行水槽模型试验和数值模拟。结果表明,数值模拟结果与水槽试验结果基本吻合,误差在20%以下,表明数值模拟能够反映人工鱼礁的流场效应;当礁体叠放个数一定时,最大上升流流速、上升流高度和上升流面积均随来流速度的增加而增大,背涡流面积呈现不规则的变化;当来流速度一定时,最大上升流流速、上升流面积、上升流高度和背涡流面积均随礁体叠放个数的增加而增大。     

不同布设间距和来流速度下方型人工鱼礁上升流效应的数值模拟

合理的人工鱼礁组合可以有效改善投放水域的流场效应,提高投放水域底层与上层水体之间的扰动。通过使用并行大涡模拟模式及被动示踪物模块,并通过调整人工鱼礁布设间距,研究了在不同背景流速条件(0.1、0.5、0.6和1.0 m/s)下,在不同的横向间距(1L、2L、3L)(L表示人工鱼礁的边长)或纵向间距(1L、2L、3L、4L、5L)情况下,方型人工鱼礁对上升流体积、营养盐的抬升和垂向涡黏系数的影响。研究结果表明,在同一布置条件下,单排布置下的三块人工鱼礁形成的上升流体积大小与来流速度成正相关,体积随来流流速增加而增大6.4%～80.5%;在同一流速条件下,上升流体积大小与纵向布置的间距成正比,与横向布置的间距成反比;在横向布置条件下,当来流速度为1.0 m/s、布设间距为1L时,上升流体积参数最佳。总体来说,上升流体积参数、示踪物浓度差和垂向涡黏性系数均显示横向布置优于纵向布置,相较于布设间距,来流速度是影响上升流体积最重要的因素。     

三圆管型人工鱼礁布设间距的数值模拟及物理稳定性研究

本文采用RNG K-ε湍流模型和SIMPLEC数值模拟方法,分析了不同雷诺数条件下,布设间距和摆放方式对三圆管型人工鱼礁流场效应的影响。研究显示:采用FLUENT软件模拟,雷诺数能较好地反应人工鱼礁上升流和背涡流的分布情况,上升流的规模和强度随雷诺数的增大而增加,背涡流随雷诺数变化的趋势不明显。三圆管型人工鱼礁横向组合方式下,2个单位礁布设间距等于礁体尺寸时,获得的上升流和背涡流的规模和强度最大;纵向组合方式下,2个单位礁布设间距为礁体尺寸的1.5~2.0倍时,获得的上升流和背涡流的规模和强度最大。在不同实验流速和波况下三圆管型人工鱼礁的抗滑移系数、抗翻滚系数均大于1。研究结果表明,数值模拟能够较好地反应布设间距对礁体周围流场效应的影响,可为人工鱼礁的实际投放提供理论参考。     

基于大涡模拟与被动示踪物模型的人工鱼礁数值研究

投放人工鱼礁是解决海洋生态环境问题的重要措施之一。通过使用并行大涡模拟模式（the parallelizeda large-eddy simulation model,PALM）及被动示踪物模型模块,研究了不同流速条件（0.1,0.2,0.4和0.6 m/s）下方型人工鱼礁对流场形态、营养盐的抬升作用、和湍流动能收支的影响。研究表明,鱼礁的存在使得其附近垂向速度增大,产生上升流。受到上升流的抬升作用,鱼礁底部的示踪物迅速进入海洋上层,之后遇到鱼礁后方的背涡流,示踪物的抬升受阻,高度逐渐降低。在上升流区域以及背涡流区域的共同影响下,示踪物抬升区域的最大高度与来流流速无关。不同上升流定义对应的上升流区域的高度与来流流速均不相关;上升流区域的最大速度、平均速度与来流流速都成线性增加的关系;然而随着来流流速的增大,不同上升流定义对应的上升流区域面积的变化趋势却完全不同。投放鱼礁后,鱼礁区域底部的混合增强,区域底部的能量被输运至上层。这说明,鱼礁的存在不仅对营养物质具有抬升作用,还能将能量向上输运。     

不同开口比人工鱼礁体水动力特性及礁体稳定性研究

为研究方型人工鱼礁体开口比的变化对其水动力特性的影响,利用Fluent软件模拟了边长为3m、开口比为0～0.6之间7种不同方型鱼礁体周围水流场,通过分析水流场变化规律得到了礁体流场效应、阻力系数随开口比的变化情况;基于Morison方程计算了礁体在波流作用下的受力及其抗滑移、抗倾覆安全系数。研究结果表明:当礁体开口比小于0.2时,背涡区范围较大,流场效应明显;随着开口比的增大,礁体产生的上升流范围及竖直向最大速度分量逐渐减小;对于方形开口礁体,阻力系数与开口比的关系式为Cd=0.875φ+1.088(R2=0.963,P<0.01);随着开口比的增大,礁体所受最大波流作用力、抗滑移及抗倾覆安全系数逐渐减小,但礁体不会发生滑移和倾覆,可为实际礁体结构的设计提供参考。     

布设间距对人工鱼礁流场效应影响的数值模拟

人工鱼礁在海中不同的布局方式会产生不同的流场效应.通过水槽与风洞模型实验很难对组合鱼礁流场全局进行观测,为此提出1种基于CFD原理的人工鱼礁流场特性的计算机数值模拟方法,模拟了不同流速条件下布设间距对方形组合礁体流场效应的影响.结果表明:数值模拟较好地反映了人工鱼礁周围上升流和背涡流的分布情况;当两礁体布设间距为1.5倍礁体尺寸时,所产生的上升流高度达到最大值;当布设间距为1倍/时,其上升流的影响面积为最大;当布设间距为1.5倍时所产生的背涡流效果最好;两礁体之间的最佳布设间距应为礁体尺寸的1～1.5倍.数值模拟结果与风洞实验结果基本相符,该结论可为人工鱼礁实际投放提供理论参考.     

海上退役石油平台造礁的流场效应研究

将海上石油平台改建为人工鱼礁是一种理想的退役平台处置方式,流场对人工鱼礁发挥功效起着重要作用,而目前对平台造礁的流场效应仍有待研究。基于埕岛油田退役平台造礁示范工程,构建了渤海埕岛油田海域三维水动力数值模型,在实际海况条件下定量研究不同规模平台造礁对流场影响效应。结果表明：当布设鱼礁山后,在鱼礁山两侧及上方沿水平来流方向均形成流速增大区域,而迎流面和背流面出现了流速减小区域;与无鱼礁山时相比,随着鱼礁山高度增加和来流速度增大,鱼礁山区域流速变化幅度和变化区域面积逐渐增大,且鱼礁山高度对流速影响范围更大,来流速度则决定流速变化幅度;在垂向上会产生明显的上升流与背涡流,随着水平来流速度增大,鱼礁山高度对垂向流场的影响程度逐渐减小。     

台湾海峡上升流区氮、磷、硅的化学特性及输送通量估算

台湾海峡中北部海域1983～1984年、1987～1988年多次调查资料表明,夏季氮、磷、硅诸营养盐呈近岸、底层高,向上层、外海递减的分布特征,其控制因素是福建近岸上升流。该上升流区NO₃--N、PO₄3--P、SiO₃2--Si的特征值分别为2.29、0.20、2.83μmol/dm3.诸营养盐含量与温度、盐度溶解氧含量及其饱和度有明显的相关性。N/P比平均值接近于Redfield比值。PO₄3--P、NO₃--N、SiO₃2--Si垂直输送通量分别估算为23.6、223、302mg/(m2·d),是该海域夏季营养盐的主要来源,PO₄3--P和NO₃--N的输送通量平均分别大约为真光层生物生产力所需营养盐的86%和73%.     

混凝土船形鱼礁的礁体设计与沉降计算

根据人工鱼礁礁体设计的基本理论和原则,考虑实地投放条件和投放要求,对船形混凝土人工鱼礁进行结构设计和沉降计算。计算得到礁体的横稳心高度(?)约为0.56 m,满足一般船舶在海面的稳性设计要求;船形礁于海面4 kn拖速下所受拖曳阻力R_F值为318.04 N;礁体在水深30 m海域投放,最终速度为2.49 m/s,沉降时间13.41 s;通过计算礁体着底时的底冲力为150.00 kN,换算得出鱼礁结构强度均布荷重q(213.78 kN/m),为礁体建造时的强度要求提供依据。     

马六甲海峡的潮汐特征分析

马六甲海峡是亚洲东南部的重要海峡通道,沟通太平洋和印度洋,具有重要的经济和战略地位.本文利用马六甲海峡及其毗邻海域验潮站的实测水位资料,分析了马六甲海峡及马来半岛东岸的潮汐特征.研究表明,半日分潮平均振幅最大的区域位于马六甲海峡内部,而全日分潮平均振幅最大的区域为马来半岛的东海岸.马六甲海峡内部以正规半日潮为主,马来半岛东侧则为混合潮港,北部为不正规全日潮,南部则为不规则半日潮.半日分潮M2,S2和全日分潮K1在马六甲海峡内的传播为自西北向东南,而全日分潮O1则为自东南向西北方向.马来半岛东岸的半日潮传播方向以中部的Cendering站为分界线,南、北两部海区分别向南、向北相背传播,而全日潮传播方向相同,统一为自北向南.     

黑潮大弯曲内(左)侧的温度锋

本文按多年平均,强型大弯曲和弱型大弯曲三种情况,分别对黑潮大弯曲内(左)侧的温度锋作了探讨.主要结果:(1)日本以南海域黑潮流轴内侧存在着明显的呈带状分布的温度锋.当黑潮发生大弯曲时,温度锋也出现 U 字型弯曲.锋宽10～20n mile,强度0.1～0.2℃/n mile,锋长285～442n mile.该锋随黑潮流轴的摆动而产生变异,季节性差异明显.(2)强型大弯曲和弱型大弯曲期间,温度锋的位置明显不同:前者位置偏南、偏西;后者偏北、偏东.(3)温度锋大致位于50～500m 水层内.冬季,温度锋下沉,其余三季上浮.随着深度的增加,锋面有明显的向右(南)倾斜移动现象。     

环境影响评价制度和海域使用论证制度的比较

为了保护环境、合理开发利用海洋资源、更好地进行海洋行政管理、实现政府决策科学化、从源头上抑制环境污染和生态破坏,通过分析、比较和例证的方法,研究了环境影响评价制度与海域使用论证制度的异同,主张积极转变政府职能,充分利用各种资源,通过联合管理、联合办公的方法,为协调两种制度寻找一个平台,理顺两种制度的实施体系。     

芬迪湾、缅因湾和圣劳伦斯湾潮汐共振的数值研究

本文采用"初值方法"研究了芬迪湾、缅因湾和圣劳伦斯湾的潮汐共振情况。结果表明,缅因-芬迪湾系统共振是由陆架共振造成的,最强共振周期约为13.0h。芬迪湾次强共振周期约为9.2h,是由该海湾本身的四分之一波长共振引起的。圣劳伦斯湾共振现象主要体现在其东北海区,共振周期约为9.2h,可能是由半波长共振引起的。     

海运提单批注纠纷与中国《海商法》

从揭示提单批注纠纷产生的深刻原因出发,分析了提单批注与不清洁提单的关系及实务中几种常见的“不知条款”的法律效力;分析了中国《海商法》对提单批注问题的规定及不足,对今后中国《海商法》提单批注问题的修改提出了建议。     

非线性效应对风浪波面极大值和极小值分布的影响

通过分析实验室风浪观测结果研究非线性效应对波面极大值和极小值分布的影响。波面极大值和极小值累积概率的差异表明 ,与线性理论相比 ,波面极小值在平均波面以下的位置偏高。对实验结果的进一步分析表明 ,非线性效应使波面极大值在平均波面以上总概率高于线性理论结果 ,而概率密度峰值处波面极大值高度略低于线性理论结果。波面极小值在平均波面以上各位置出现的概率均高于线性理论结果 ,在平均波面以下的较低位置 ,波面极小值出现概率明显低于线性理论结果。     

东海沿岸海水表层温度的变化特征及变化趋势

根据东海沿岸引水船、嵊山、大陈、南麂、北礵、平潭、厦门和东山8个海洋观测站的40a表层海水温度(SST)资料进行了统计与分析.研究结果表明:东海沿岸SST主要受制于太阳辐射,呈南高北低分布,但也不同程度地受到当地地理环境、气候环境、水文环境的影响;SST的年变化具有显著的年周期和半年周期;东海沿岸SST存在多种显著周期的振荡,且南北测站SST的主导振荡有差异;就近40a的资料而言,东海沿岸的SST总体呈上升趋势,其中冬季上升幅度最大,暖冬是SST总体呈上升趋势的重要因素.     

莱州湾东岸近岸海域规划围填海后冲淤演变预测

运用Mike21模型中的水动力模块对研究区的潮流场进行了模拟,分析研究区的冲淤趋势;利用经验公式,对波浪和潮流进行耦合,计算出极端条件下的最大冲刷深度,对比规划用海实施前后的最大冲刷深度,以对该区域的海岸防护、工程选址等提供科学依据。结果表明:受到填海工程的影响,龙口湾内有轻微淤积,界河至石虎咀近岸海域的波浪和潮流受工程影响而变小,冲刷强度变弱。     

Determination of the Critical Value of Deflection for Embedded Cylindrical Structures

An embedded cylinder is a large-diameter cylinder embedded in a soil foundation. The state of failure of such an embedded cylindrical structure shows large deflection instead of slide and overturn of the traditional gravity type of structure placed on a rubble base or foundation base. The critical value of deflection of the embedded cylindrical structure, which is the maximum allowable deflection for stability calculation of the cylinder, is a vital control value. Through investigation on deflection and soil pressures on an embedded cylinder by model experiments, the variations of the angle of rotation θ of a cylinder with effective anti-overturning ratio η and moment MH of thrust are discussed. On the basis of experimental study, the critical value of deflection of the cylindrical structure is proposed in the paper. Meanwhile, the formulas for calculating deflection of cylinders are derived.     

Experimental investigation on the motion of bubbles in the moonpool with a sonar model inside

Bubbles are becoming a threat to the measurement of equipment and human activities in the moonpool, while little is known about the characteristics of bubbles in the moonpool. We aim to investigate the motion patterns and characteristic of bubbles in the moonpool. To support the investigation, experiments were conducted in a water tunnel. Images of bubbles in and under the moonpool were captured by two high-speed cameras. The software Tema and program PolyParticleTracker were used to track the bubbles in the moonpool. We obtain information of bubbles in the moonpool, including movement patterns of bubbles, generation of bubbles, relationship between amount of bubbles and the freesurface, temporal and spatial distribution of bubbles, the size and the velocities of bubbles.