深海采矿细颗粒羽状流数值模拟研究

深海采矿尾矿排放产生的细颗粒羽状流会对海底生态环境造成影响,预测尾矿排放羽状流行为及其对环境影响具有工程意义。基于欧拉多相流方法,采用欧拉双流体模型对深海采矿细颗粒羽状流开展数值模拟研究,分析近海底排放的羽状流演化和发展过程,探究羽状流初始排放质量浓度、排放速度对羽状流扩散过程的影响。结果表明：初始排放条件对羽状流演化性质有重要影响。主射流区被稀释的程度随着初始入射速度的增大而减小,随着入射质量浓度的增大而增大;初始羽状流入射速度和质量浓度越大,撞击海底后的水平方向流动速度越快,影响区域越广;水平速度的峰值随着初始入射速度的增大呈对数增长;当初始质量浓度和速度高于50 g/L和 0.5 m/s 时可能会导致颗粒在海底撞击点附近堆积成坡状,影响底流的后续发展。研究结果可以为深海采矿尾矿排放参数选择提供参考。     

磨刀门口夏冬季沿岸流特征及成因分析

根据2011—2012年磨刀门口的夏、冬季大、中、小潮定点观测资料,对欧拉余流、斯托克斯余流以及拉格朗日余流进行分析。结果表明:（1）外海测点的欧拉余流和拉格朗日余流,冬季在各潮型下均为一致的西南沿岸方向,夏季除东、西汊道点在强径流下表现为顺汊道指向外海方向,其余外海各点仍以西南沿岸方向为主;（2）斯托克斯余流远小于欧拉余流,夏季明显大于冬季,方向基本与欧拉余流相反;（3）冬季磨刀门口海域具有稳定西南向沿岸流特征,南海东北季风的驱动作用是其形成的主要原因;夏季磨刀门口各潮型下沿岸流特征各异,其影响的主要因素为径流和风,同时地形的影响不可忽略,特别是拦门沙形成的汊道分流作用,对强径流作用下水沙输移影响十分显著。     

非结构化网格下近岸波生流数值模拟

波浪破碎产生的近岸流是近岸海域关键的水动力因素之一。基于近岸波浪的椭圆型缓坡方程和二维近岸波生流方程,建立了非结构化网格下近岸波浪破碎形成的近岸流数值模型。数值模型中,在空间上采用有限体积法进行数值离散,在时间上采用欧拉向前格式数值离散。数值计算结果表明,该数值模型可以有效地模拟近岸波浪破碎产生的近岸流。     

周期性压力作用下单层幂律流底泥流场分布

基于欧拉坐标系统,对河口底泥流场分布进行了理论研究。泥波由作用在其表面的周期性压力驱动,底泥的流变特性由幂律流流变模型描述,根据浅水波和小变形假设,采用摄动分析展开到一阶得到运动方程,并且用数值迭代法求解非线性微分方程。根据数值计算结果,分析幂律流流动指数和外加周期性压力载荷对泥波流场分布和表面波高的影响。     

现场海域水平扩散系数的探讨 Ⅱ．黄河三角洲埕北海域的计算

根据Ｔａｙｌｏｒ的湍流扩散理论和Ｈａｙ、Ｐａｓｑｕｉｌｌ提出的拉格朗日流和欧拉流的相关函数的相似性，用黄河三角洲埕北海域的实测资料，按四种不同方案计算出该海域的水平扩散系数和谱密度分布。指出：该海区潮流扩散系数主要受潮流的影响，其分布特征与潮流的分布基本一致，所求的水平扩散系数主要是由周期性的潮运动给予潮流扰动所致。方案４是通过富氏变换滤波消去了周期性潮流扰动，本方案计算的水平扩散系数是由周期为６ｈ以下的小尺度涡提供能量。     

基于小尺度数值模型的海底滑坡运动敏感性分析

开展海底滑坡运动特性研究是深水陆坡区滑坡地质灾害认识与防治的基础,建立了基于非牛顿流体欧拉-欧拉两相流理论的小尺度海底滑坡数值模型。在与实验数据和BING程序结果对比验证的基础上,模拟分析海底滑坡的一般运动规律及特性,并同无水条件下的滑坡模拟结果进行了对比。结果表明:环境水的存在可引发"滑水"现象,延长滑坡运动时间,增加运动距离,但端部最大峰值速度相对无水条件时较小;滑坡体物质组成、地形坡度、初始速度、初始厚度等因素,对最终的运动距离有较大的影响;滑坡体在运动过程中因扰动、混水而导致的屈服强度和粘滞系数的不断降低是海底滑坡长距离运动的主要原因。     

印尼贯穿流对印度洋的热量贡献

本文基于海洋环流模式模拟的高分辨率欧拉场,利用拉格朗日追踪方法,评估了印尼贯穿流（ITF）对印度洋的热量贡献。通过计算ITF水体在印度洋的传输路径及伴随的温度变化来获取ITF水体在印度洋的热量传输过程。模拟结果表明ITF进入印度洋后主要向西流动并在到达马达加斯加后分叉,进入南、北印度洋。热收支分析表明ITF在北印度洋吸收0.41 PW热量,在南印度洋释放0.56 PW热量;这两个过程相互补偿,导致ITF对整个印度洋的净加热贡献并不显著,只有0.15 PW。进一步的检查ITF离开印度洋的出口（跨过34°S）,结果表明ITF主要随着位于西边界的奥古拉斯流和位于东边界的利文流离开印度洋。约89%的ITF水体沿着西边界离开印度洋,其余的11%主要沿着东边界离开印度洋;前者对整个印度洋的净加热贡献为0.10 PW,后者的净加热贡献为0.05 PW。     

两相流模型在南海内孤立波与沙波相互作用中的应用

为研究内孤立波与沙波的相互作用,本文对基于OpenFOAM的SedWaveFoam求解器进行改进,建立了内孤立波-泥沙运动欧拉两相流模型。在利用试验资料对模型进行验证的基础上,在南海北部典型代表性条件下,模拟分析了500 m水深位置沙波床面上内孤立波作用下的水动力变化和泥沙运动。结果表明,内孤立波逐渐离开沙波时,海底沙波背流面处出现与内孤立波背景流速反向的流速,在内孤立波导致的流场作用下,沙波床面上的泥沙悬起并运动到床面以上的水体中。振幅100 m的内孤立波可以导致床面以上14 m高的位置处出现约0.07 kg/m³的悬沙浓度。     

多跨海底管道横流向涡激振动预报模型

基于欧拉-伯努力梁理论确定了多跨管道结构振动方程,采用非线性Van der pol方程描述旋涡脱落的尾流动力特性,利用弹簧模拟两端和中间的复杂边界约束,构建了多跨海底管道横流向涡激振动预报模型。基于模态正交性展开流-固耦合作用方程,对各阶主坐标响应进行数值求解。对比了本模型预报结果与试验结果、软件分析以及DNV规范推荐值,吻合情况比较理想。本模型可为深海多跨管道涡激振动的研究、防范和治理提供有效的分析方法。     

杭州湾潮致余流数值研究

运用１９５９年１０月－１９９２年５月在杭州湾２５０余测次海流周日连续观测资料，运用σ坐标系下的三维潮控制方程，模拟该湾的欧拉余流，进行欧拉余流产生机制的数值试验；并根据欧拉流动的数值计算结果，采用拉格朗日速度在欧拉流场的近似展开，求得水质点运动轨迹和速度。结果表明，杭州湾潮致余流的最大余流速度为４６．０ＣＭ／Ｓ，惯性效应是杭州湾潮致余流产生的主要原因，杭州湾拉格朗月余流场被逆时针的大涡旋控制，表层     

浅海水域水平扩散系数的推算研究

本文根据拉格朗日流与欧拉流自相关系数的相似关系,用渤中8号平台1987年1月和8月的实测资料,分别推算了水平扩散系数。推算结果表明:研究长时间水平扩散时,把潮流看作湍流,所求的扩散系数实际上是潮流扩散系数,其值在10~6cm~2/s范围内;研究短时间水平扩散时,把潮流看作平流,用富里叶变换的长周期合成值从实测值中扣除,所求的扩散系数消除了长周期潮流部分,可认为是湍流扩散,其值在10~4cm~2/s范围内。     

渤海三维潮余流的数值计算(英文)

作者根据冯士筰的三维弱非线性理论,计算了渤海三维潮致拉格朗日余流,其中包括由冯等人引进的作为二阶量的拉格朗日漂移椭圆。文中不仅给出了三维结果,也给出了深度平均的结果,最后还与实际图象进行了比较。     

东中国海潮余流自适应数值模拟

以自适应数值模型首次计算整个东中国海三维 M2 分潮潮致 Euler余流、Stokes漂流和L agrange余流 ,并分析各海区 L agrange余流的特征。渤海 M2 分潮致 L agrange余流在整个海域基本形成一个大的逆时针环流系统 ;辽东湾有一个逆时针流环。在黄海 ,潮致余流也是黄海环流的重要组成部分。在东海的东北部 ,潮致余流有强化对马暖流的作用 ;在台湾北部海域 ,潮余流对台湾暖流有强化作用。在近海海域 ,由于复杂地形的作用 ,潮流非线性作用加强 ,潮余流的量值有较明显的增加。计算结果表明 :在浅水区域 ,Stokes漂流较大 ,Euler余流与 Lagrange余流差别显著     

渤海夏季底层环流的观测与模拟

通过分析用人工水母在渤海夏季进行的首次底层环流的 L agrange观测 ,发现在渤海底层 Lagrange余流只有几 cm/s,在海峡处基本是北进南出的情况 ,在辽东湾有 1个逆时针的环流 ,在渤海湾有 1个顺时针的环流。但是进一步分析发现 ,底层人工水母的运移 (代表了物质输运 )并不完全反映环流的方向 ,在有些站位甚至出现相反的趋势。通过数值模拟知道瞬时的扩散及沉降等过程是产生这种结果的原因 ,而根源在于环流场的不均匀性。     

Longshore Currents of Random Waves on Different Plane Beaches

1 .IntroductionWhenwavespropagateobliquelytotheshorelineandbreak ,ameancurrentisgeneratedflowingparalleltothecoast.Thegenerationoflongshorecurrentscanbeexplainedasfollows .Withbreakingwaveheightdecreasing ,themomentumofwavemotionwillchangecorrespondingly .Accordingtothemomentumconservationtheory ,thechangesofthemomentumwillbeaccompaniedwithadditionalforcesactingonfluid .Longuet Higgins ( 1 970 )usedtheconceptofradiationstresstodescribetheaboveadditionalforceactingonfluidduetothechangeofwavemo…     

Numerical modelling of Lagrangian residual current in the Bohai Strait

The Bohai Strait is the only passage-way of the semienclosed Bohai Sea into the outer ocean. The various dynamical processes have great effects on both sides of the strait, especially on the Bohai Sea. Tidal current dominates in the strait, and among the tida! components the M, component tide is prevailing.The seawater in the strait is homogeneous vertically almost the whole year because of strong tidal mixing. The M, component tide was simulated numerically using two dimensional barotropical model, and the Eulerian tide-induced residual currents were also deduced. The results showed that the tidal currents were dominated by the coastal line and topography. There exist many eddies in the tide-induced residual current fields, particularly near the northern coast.On the basis of the simulation of the tidal currents, the movements of the water particles in the strait were tracked by means of Lagrangian techniques. Consequently the Lagrangian residual currents were obtained. Somewhat similar to the Eulerian     

沿岸流中混合系数的实验研究

进行了在规则波作用下破波带内水平混合系数测量的物理模型实验。通过在沿岸流流场中投放墨水点源和采用CCD摄像机摄像,测量了点源扩散过程。利用水深平均二维扩散方程近似解析解得到了由实验结果计算混合系数的方法。实验结果表明:扩散系数仅依赖于当地水深,与波浪参数(周期和波高)无关。沿岸流沿水深变化产生的离散作用导致顺流方向(纵向)混合系数远大于横流方向(横向)混合系数。横流方向混合系数中由波浪产生的扩散系数占总扩散系数约40%,其余为波浪破碎引起的湍流产生的扩散系数。     

Reducing horizontal diffusion errors in σ-coordinate coastal ocean models with a second-order Lagrangian-interpolation finite-difference scheme

When a steep bottom slope exists, it is well known that conventional methods for calculating horizontal diffusion in sigma-coordinate coastal ocean models causes spurious transport (e.g. salinity, temperature, and sediments) and currents. In this study, a second-order accurate finite-difference algorithm and program have been developed to reduce the spurious numerical diffusion errors. In the proposed algorithm, the finite differencing is performed in the x-z coordinate system to approximate the horizontal gradient. Each variable in the finite differential formation is calculated in the sigma-coordinate grid cells using a second-order Lagrangian interpolation polynomial. In conjunction with a stepwise bottom boundary condition, numerical experiments show that the proposed finite-difference scheme considerably reduces numerical errors compared to conventional approaches when dealing with horizontal diffusion over steep topography, which often occurs in coastal oceans and navigation channels.     

地形变化下渤海湾M2分潮潮致余流的相应变化及其对污染物输运的影响

利用嵌套模式通过流速驱动对渤海湾的潮汐潮流进行了高分辨率数值模拟,分析了开边界条件的选取对渤海湾潮致余流模拟的影响。并用定点观测流速资料验证了在渤海湾流速作开边界条件驱动模式的模拟结果。近年来由于围海造田,使渤海湾海岸线向里推进,岸线变的更加平缓。在渤海湾新旧地形下,对渤海湾环流进行了模拟,分析了地形变化对渤海湾环流的影响。结果表明,渤海湾西北角的顺时针流环在新地形下消失,并表现为较强的逆时针流,湾口双环结构依然存在,但南部流环在新地形下由于受到西部强的逆时针流而变弱,流环半径减小。通过分析潮致Lagrange余流场和调查的污染物浓度分布特征发现,渤海湾的污染物分布特征与Lagrange余流有很强的相关性,Lagrange余流结构影响了污染物的分布特征,新旧地形下余流场的改变也导致了污染物浓度场分布特征上的变化。