流体黏性对受迫振荡水平圆柱受力的影响

【目的】准确预测显著黏性效应下结构物所受流体作用力。【方法】采用有限体积(FVM)方法构建两相流数值波浪水槽模型。首先,通过半潜水平圆柱受波浪力数值结果与前人实验数据的对比,验证数值模型的准确性。其次,对不同流体黏性下,受迫振荡淹没水平圆柱上的流体作用力进行数值计算,通过黏性流结果和势流结果的对比,分析流体黏性对圆柱受力的影响特征。最后,通过将黏性流和势流理论压力结果对比,并结合对圆柱周围黏性涡量场分布特征分析,解释不同流体黏性下,黏性流与势流结果之间出现差异的原因。【结果】在不同流体黏性条件下,圆柱所受各倍频流体作用力均出现一定程度上的差别,表明流体黏性的影响明显。【结论】相比势流理论,采用黏性流理论对受迫振荡水平圆柱受力的影响的研究更为准确。     

大亚湾海区沉积物腐蚀性环境参数的探讨

【目的】研究大亚湾海底沉积物腐蚀环境,为海洋工程的建设提供参考资料。【方法】通过分析大亚湾海区沉积物类型、pH值、氧化还原电位(Eh)、有机碳、全盐量、Fe3+/Fe2+、电阻率、硫化物和硫酸盐还原菌等腐蚀因子的特征,来判定沉积物的氧化还原环境,评价沉积物的腐蚀性。【结果】综合评价认为,大亚湾海底沉积物整体上呈现出弱还原环境,局部出现弱氧化环境,腐蚀强度较弱。【结论】海底沉积物的氧化还原环境表明,该海区腐蚀强度较弱,比较适合海底管线铺设项目的建设。     

基于黏性流理论对平板受波浪冲击的两相流数值研究

【目的】研究波浪作用下位于水面上方的刚性平板所受冲击力特征,讨论数值计算结果与实验结果的差异。【方法】基于黏性流理论,采用有限体积(VOF)方法建立两相流数值波浪水槽模型,对潜堤地形上波浪传播变形和淹没水平圆柱在波浪作用下受力问题进行数值验证,对平板受波浪冲击作用进行数值模拟,通过平板下表面测点上点压力数值结果特征分析以及与前人实验数据对比,讨论结果差别原因,分析结果特征形成机理。【结果】潜堤地形上波浪传播变形的数值结果和前人实验数据吻合较好;对于波浪作用下平板的受力,相比前人实验数据,冲击力数值结果更大,且呈现出更稳定的周期性特征,沿波浪传播方向平板上的冲击力先增大后减小。【结论】建立的数值模型对波浪与结构物相互作用问题的模拟有高的精确性和稳定性。     

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。     

基于欧拉迭代模型预测的欠驱动水面船舶路径跟踪控制

【目的】解决具有外部受风流干扰和舵角输入受约束的欠驱动船舶路径跟踪问题。【方法】采用基于欧拉迭代的模型预测控制算法(MPC)对欠驱动船舶路径跟踪进行控制。【结果】MPC能够灵活地处理舵角输入受约束问题,欧拉迭代法离散和预测船舶未来状态可以简化MPC设计的运算。为弥补欧拉迭代法在精度上的不足,直接以分离型船舶模型(MMG)作为MPC的预测模型。应用径向基函数(RBF)神经网络历史信息训练实现对外界风流干扰的逼近及补偿。【结论】所设计的控制器可以使船舶在考虑风流干扰和舵角约束的情况下准确地跟踪上设定的路径,所提控制算法的有效性得到验证。     

船载投料系统饲料颗粒流落点预测

【目的】为解决网箱养殖中使用船载投料系统的饲料颗粒流落点控制问题,提出一种用于实时分割饲料颗粒流轨迹并精确预测其落点的方法（MLBP）。【方法】考虑到输料管管内参数及饲料颗粒流出口参数获取难度较大,本研究采用高速相机获取饲料颗粒流轨迹图像,并利用提出的混合网络模型分割饲料颗粒流轨迹,以获取轨迹关键信息;为准确预测饲料颗粒流落点,利用BP神经网络的优势,将轨迹信息及投料口高度作为其输入,实现饲料颗粒流落点的预测。【结果】与相关研究方法对比,结合混合网络模型与BP神经网络的MLBP方法的系统单次运行时间降低95%,同时落点预测准确度达到96%,落点的平均误差范围与平均误差百分比也分别降低32.0%和30.5%。【结论】本研究提出的MLBP方法预测精度及实时性均能满足网箱投饵作业需求,可为相关研究提供参考。     

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。     

北部湾北部环流的季节特征

【目的】研究北部湾环流的季节变化特征。【方法】利用2017–2018年防城港近岸海域4个航次的海流实测资料,结合卫星遥感海表温度数据和HYCOM海流再分析数据,分析北部湾环流的季节变化。【结果与结论】1)观测期间余流方向与风向基本一致,表现出风海流特征;2)夏季北部湾北部存在高温水团,余流受风生流和密度流的共同作用,密度流流速约为10cm/s;3)4个季节北部湾均为逆时针环流形态,主要受潮致余流、风生流和密度流的影响;4)冬季北部湾海域总体呈逆时针环流,但在防城港以东至北海的外海海域出现顺时针环流。     

船载式深水网箱投饵系统设计与试验

【目的】设计一种适用于大规模网箱养殖的船载式投饵系统。【方法】投饵系统主要由上料装置、下料装置、动力装置、抛撒装置和集中控制系统组成,并安装固定于船舷,进行饵料投喂。其中,以PLC作为集中控制系统的控制核心,通过触摸屏界面实现设备的启停、投料速度调控、运行状态监控及网箱饵料投喂数据的记录等。对投饵系统样机进行试验研究。【结果与结论】投饵系统的投饵速度在0～230 kg/min范围内可调,投饵量精度误差为0.1～1.6 kg,满足容积为127.3～1 145.9 m3的深水网箱投喂要求,降低养殖人员的劳动强度。     

温度、照度和接种量对钝顶螺旋藻去除酒精废水氮和磷的影响

【目的】确定钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)最大程度去除酒精废水中氮、磷的最佳温度、照度和接种量。【方法】通过单因子实验与正交实验研究不同温度、照度和接种量对钝顶螺旋藻去除酒精废水中氮、磷的效果。【结果】单因子实验结果显示,不同温度、照度和接种量对钝顶螺旋藻去除酒精废水中的氮、磷有显著影响(P <0.05)。温度为30℃时,钝顶螺旋藻对酒精废水中总氮和总磷的去除率平均值最高,分别为38.0%和59.0%;照度为3000lx时,钝顶螺旋藻对酒精废水中总氮和总磷的去除率平均值最高,分别为40.9%和60.4%;接种量为(培养基的)50%时,钝顶螺旋藻对酒精废水中总氮的去除率平均值最高,为43.6%;接种量为30%时,钝顶螺旋藻对酒精废水中总磷的去除率平均值达到最高,为62.7%。正交实验结果显示,温度是影响钝顶螺旋藻去除酒精废水中氮、磷的最主要因素。温度30℃、照度2 500～3 000 lx、接种量20%为钝顶螺旋藻去除酒精废水氮和磷的最优组合条件。【结论】适宜的温度、照度和接种量可有效提高酒精废水中氮、磷的去除率。     

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。     

基于活塞作用下的管内气流脉动特性

【目的】研究气流管路中活塞运动对气流的扰动机理,探讨机械能转化成脉动能的转化规律及效率。【方法】建立活塞对管内气流作用的物理与数学模型,运用数值模拟方法研究不同工况下的活塞运动对匀速气流的扰动特性,分析不同进口气流速度、活塞运动振幅及频率对匀速气流的扰动规律。【结果与结论】活塞往复运动能有效使管路内匀速气流产生脉动。管路内气流脉动振幅及频率不受其进口速度的影响。活塞运动振幅与气流脉动振幅呈线性关系,随着活塞振幅的增加脉动传导效率逐渐下降,脉动传导效率均在80%以上,效率最高可达99.20%。气流脉动与活塞运动同频率变化。     

响应面法优化波吉卵囊藻多糖提取条件

【目的】探究波吉卵囊藻(Oocystis borgei)多糖提取的最优条件。【方法】通过单因素和响应面实验,考察不同提取温度、氢氧化钠浓度、提取时间对波吉卵囊藻多糖提取率的影响。【结果】各因素对波吉卵囊藻多糖提取率的影响显著性表现为氢氧化钠浓度提取温度提取时间;最佳提取条件:提取温度58.5℃、氢氧化钠浓度0.305mol/L、提取时间68 min,此时提多糖取率为11.86%,与模型预测值11.93%接近。【结论】采用响应面法建立的模型可以较好地预测提取温度、氢氧化钠浓度和提取时间对波吉卵囊藻多糖的提取率的影响。     

镉和铜对海洋浮游植物的毒性效应及其机制研究进展

【目的】综述重金属元素镉Cd和铜Cu对海洋浮游植物的毒性效应研究,总结重金属对海洋浮游植物的毒性作用机制,为开展重金属对海洋浮游植物毒害机理的深入研究提供借鉴。【方法】以毒理实验中常用的重金属镉和铜为代表,总结了重金属对海洋浮游植物毒理研究的常用测试指标,归纳了重金属对海洋浮游植物光合作用、抗氧化系统等方面的毒性作用机制。【结果】重金属对海洋浮游植物毒性作用机制概括为:1)重金属替换与其结构相似的作为酶辅助因子的金属元素,使浮游植物体内某些酶失活;2)重金属直接或间接诱导活性氧的产生,使浮游植物受到氧化胁迫;3)重金属与生物大分子中的某些基团亲和性高而结合,阻断相关的生理生化过程。【结论】重金属的毒性效应因浮游植物种类不同而有所差异,今后相关研究中需更加关注重金属在多种海洋浮游植物共存环境下的毒性效应及机制,将有助于全面系统地理解重金属对海洋浮游植物的致毒机理。     

光及补料条件对室内管道光反应器中三角褐指藻生长和岩藻黄素积累的影响

【目的】制备富含岩藻黄素的三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)生物质。【方法】采用470 L室内管道光生物反应器系统,研究自养培养下光源、调光策略、补料培养操作条件对于细胞生长、生物量浓度和岩藻黄素积累的影响。【结果】在采用LED灯、梯度提升照度及重复补料半连续培养模式下,三角褐指藻细胞密度、生物量和岩藻黄素产率最高分别可达3.16×10⁷mL^-1、1.64 g/L和1.90 mg/(L·d),分别是日光灯为光源条件下的2.77倍、3.09倍和2.38倍(P<0.01)。【结论】在管道光生物反应器中获得的自养培养条件,可强化三角褐指藻生物量和岩藻黄素积累,为三角褐指藻积累岩藻黄素的室内可控规模化技术开发提供指导。     

海底油气管道卡爪式快速连接装置

【目的】结合实际应用情况,把锥面密封和O型圈密封考虑进来,设计了一种新型连接装置。【方法】运用ansys软件对该连接装置主要零部件进行结构分析,并通过打压试验,验证了该连接装置密封方式的可靠性。【结果与结论】该连接装置利用驱动架的弹性补偿克服了卡爪夹紧力不均匀的问题,同时利用卡爪与驱动块之间的自锁结构实现了连接装置在工作状态下的自锁,具有结构简单、安装便捷、密封可靠、耐压能力强、工作稳定、应用价值高等特点。     

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。     

气候变暖下全球大洋大、中尺度过程变化

【目的】研究大尺度海洋运动以及中尺度海洋过程受气候变暖影响所产生的变化。【方法】通过计算全球绝对动力高度（ADT）的方差确定海平面在1993-2014年振荡幅度的变化。【结果和结论】ADT方差的增加趋势表明全球海洋的波动和地转流的增强。将全球绝对动力高度（ADT）分为两个不同部分：全球3 a平均海表面高度（MSS）和残余绝对动力高度（RADT）,以确定不断增加的波动在何种尺度上占主导地位。在全球变暖大背景下这两部分表现出不同的变化趋势。MSS方差的增加可归因于全球海平面的不均匀上升和太平洋海洋环流的增强,而RADT方差变化趋势接近于0,这表明海洋中尺度信号无明显增强或减弱。通过引入信息熵以及对全球ADT分布的研究,发现全球ADT呈类高斯分布,信息熵的增加趋势表明极端海平面的出现频率增加。     

一种即食牡蛎加工工艺

【目的】研究一种鲜甜风味的即食牡蛎的加工工艺。【方法】采用牡蛎为原料,利用电子鼻技术,结合模糊数学感官评价法,研究不同调味工艺条件对牡蛎风味的影响,在最优调味工艺的基础上,以咀嚼性、挥发性风味和模糊数学感官评价总分为指标,对烘烤工艺条件进行筛选。【结果】以调料与牡蛎肉质量比计,确定最优的调味配方为酱油2.5%、白糖5.0%、味精0.4%、料酒0.2%,最佳烘烤工艺条件为60℃烘烤3 h和70℃烘烤1 h。制得成品色泽鲜亮、质地均匀、风味浓郁。     

西北太平洋日本鲭渔业生物学和渔业海洋学研究进展

【目的】加深了解日本鲭(Scomber japonicus)的渔业生物学和渔业海洋学,为后期的研究以及对其资源的合理利用提供科学依据。【方法】对西北太平洋日本鲭的群体划分、年龄与生长、摄食生态、繁殖习性和洄游等生物学研究进展、资源开发利用状况及其管理制度进行归纳总结。【结果】大多数学者采用地理分布和形态差异为基础对日本鲭进行群体鉴别,利用遗传信息鉴别的研究较少。日本鲭太平洋群体寿命约为7、8龄,对马暖流群体约为6龄,不同群体生长存在差异。不同年龄的成熟比例受成长变化的影响,各群体有不同的洄游路径。海洋环境和气候对日本鲭的资源变动和渔场分布产生重要影响,渔场变迁受黑潮影响显著。日本评估的对马暖流群体的资源量被严重低估,其管理方案不符合我国国情。【结论】为可持续开发和合理利用日本鲭资源,需要加强对日本鲭分子遗传学的分析,研究"黑潮大弯曲"对日本鲭渔场具体的影响机制,充分考虑海洋环境因子和气候变化对产卵群体和渔场的影响以及结合国情制定合理的管理措施等。