不同流速和苗种规格对缢蛏平面流中间培育效果的影响

为了优化蛏苗集约化平面流中间培育技术,研究了不同进水流速和苗种规格对缢蛏中间培育效果的影响,并分析了集约化平面流中间培育系统的水质状况。结果显示,不同进水流速对缢蛏稚贝生长影响显著,稚贝生长速率随进水流速增加而增加,但成活率下降。通过流速与成活率和体质量日增生长量的线性回归分析,估算0.163L/s为适宜的进水流速。在适宜流速和相同放苗重量下,大规格苗种(8万粒/kg)生长速度显著高于小规格苗种(18万粒/kg),但因为小规格组放苗数量多,小规格组单位面积质量较其高出23.72%。除低流速组以外,平面流中间培育过程对叶绿素a和铵态氮有良好的去除效果,去除率分别达到36.99%和3.88%以上,这表明平面流集约化中间培育在利用海水池塘水体进行苗种中间培育的同时,也起到了池塘养殖水体的净化作用。综合认为,在养殖密度0.5kg/m^2、流速0.163 L/s的培育条件下,可以保证水体自污染程度较低,缢蛏苗种生长较快,成活率在73.12%以上。     

南极磷虾船货舱流场和温度场数值模拟

南极磷虾船货舱中磷虾的冷却速度和品质高度依赖于温度场,而温度场又与流场息息相关。为了解南极磷虾船货舱不同的设计参数对货舱空气流场和温度场的影响,本文以某南极磷虾船的货舱为研究对象,建立该船货舱的几何模型和雷诺湍流模型。通过Fluent软件先对未优化货舱空舱时的空气流场和温度场进行数值模拟,根据模拟结果调整货舱通风地板下方因管路遮挡的挡风板位置并对通风入口面积进行优化。再对优化后货舱空舱内关键平面的压力场、速度场、温度场进行数值模拟,并将温度场模拟结果与实测数据进行对比,发现数据吻合良好。最后进行满舱流动的模拟,找出通风相对较差的位置并在此放置冻虾大货包,对最不利的情况进行货物冷却模拟分析,发现货物能在规定时间内达到设计温度。研究结果表明,货舱挡风板设计位置和通风面积会影响磷虾冷冻效果,对货舱的设计参数进行优化有助于解决货舱流场设计难题。同时,优化后的模拟结果也验证了该货舱管路铺设方案的可行性。     

普兰店湾潮滩养殖围堰工程拆除前后水动力特征的数值分析

普兰店湾四周大量的滩涂逐步被开发成海参及贝类围堰养殖池塘,致使普兰店湾出现自然岸线不断萎缩、水体交换通道堵塞等系列问题,通过拓宽海湾水体交换通道恢复其水文和水动力条件是重要的手段之一。文章采用 MIKE21 模型对普兰店湾的潮流分布特征进行数值模拟,在潮位、流速模拟验证的基础上,对比分析了养殖围堰拆除工程实施前后普兰店湾的水动力情况。结果表明：养殖围堰拆除区域的局部滩涂流速增大,其值在0.3~0.4 m/s左右变化,围堰拆除对于距离在1.5 km以内的海域有一定影响,而对较远的金州湾及外海的整体流场基本无影响;拆除养殖围堰拓宽了普兰店湾的水域面积,提高了湾内的涨落潮流速,湾内的纳潮量增大了8.535%,位于北岸的养殖池拆除区域流场呈现明显的潮滩特征,上述变化有利于加快潮滩上盐沼植物、海洋生物生境的营养物质交换。     

深水海洋立管涡激振动试验流场设计及CFD数值模拟

针对阶段流作用下的大长细比海洋立管涡激振动试验所需的外流条件,根据实验室的基本情况,对试验流场进行了设计改造和数值模拟。根据数值模拟的结果,选定了试验流场的改造方案,并对改造后测得的试验数据和数值模拟的结果进行了对比分析。结果表明:在低流速时,模拟结果与试验流速吻合较好;在高流速时,数值模拟结果比试验流速略大。在误差允许的范围内,可以得到均匀分布的流场。     

围填海工程对半封闭海湾水动力环境的影响

为研究围填海工程对海湾水动力环境的影响,本文基于二维数值模型MIKE21,建立了东山湾附近海域的潮流模型。对比观测数据发现,大潮期间的最高、最低潮位模拟误差在6 cm以内,小潮期间的误差相对较大;流速和流向的模拟误差在9%左右,最大误差出现在转流时刻;总体来看,模拟结果与观测数据吻合良好。在此模型基础上,研究了东山湾围填海前、后潮流动力、水体半交换时间和纳潮量等水动力要素的变化。结果表明:围填海后大范围的涨落流态与围填海前保持一致,大体上仍然呈现S-N走向,涨潮流偏N向,落潮流偏S向,往复流特征较为明显;从局部流场来看,涨落潮流场发生了一定的变化,围填海区域南、北两侧的流矢变化较为明显,涨潮流矢由偏N向改为偏E向,而落潮流矢由偏S向改为偏W向,同时受到围填海区域岸线的遮蔽效应,围填海南、北两侧水域的流速也有一定减弱,而西侧的流速则有一定增强;围填海实施前的水体半交换时间为220.5h,实施后时间为239.4 h;纳潮量变化为–2.5%左右。研究表明,围填海工程对东山湾水动力环境的影响主要集中在工程区域附近,其对泥沙冲淤、生态环境等的影响将在后续研究中进一步探讨。     

分隔板对Spar平台涡激运动响应影响的分析研究

当流体流经单柱式结构物时,由于流体黏性和逆压梯度的存在,会产生非定常的升力、阻力和涡旋脱落,即涡激运动现象,对一座Truss Spar平台的硬舱部分附加长度为1.0D(D为硬舱直径)的刚性来流侧分隔板,基于开源平台OpenFOAM,采用基于剪切应力运输的延迟分离涡模拟(SST-DDES)方法,在不可压缩黏性流场中,对其进行三维数值模拟,以研究在不同流速下,来流侧分隔板对Spar平台涡激运动特性和运动响应的影响。结果表明：在较高流速下,横荡周期减小22.21%,横荡最大幅值减小81.3%。说明在较高流速下,附加分隔板有助于减少Spar平台的运动响应幅值。     

应用数值模拟方法计算小尺度海域养殖容量

以无机氮作为污染控制因子,应用扩散数值模拟方程估算了三盘港投饵网箱养鱼的养殖容量。结果显示:三盘港海域水交换能力较强,但富营养化程度严重,其中网箱养殖对无机氮贡献率约占82%。按照目前的养殖布局,以网箱养殖对水体无机氮增量的影响小于0.049mg/L,即养殖区无机氮浓度值不超过0.400mg/L为标准,三盘港投饵网箱养殖容量约为2100口。     

三种垂向混合方案对HYCOM模拟北太平洋西边界流系的影响研究

基于HYCOM(Hybrid Coordinate Oceanic Circulation Model),以OFES(OGCM for the Earth Simulator)资料为参考,分析了KPP、MY2.5、KT三种不同混合方案对北太平洋西边界流系的模拟结果的影响。结果表明:三种不同混合方案模拟的上层海洋平均流场与OFES资料相似,但在流向和流幅上略有差异,其中KPP方案模拟的流速与OFES资料最为接近,MY2.5方案次之,KT方案与其差别最大。通过代表性断面上流速的对比分析,对模式就北赤道流、棉兰老流、棉兰老潜流、黑潮的模拟效果进行比较,KPP方案模拟的效果同前人的观测和研究最为接近。分析了北赤道流,棉兰老流,棉兰老潜流,黑潮的流量的季节变化特征,其中KPP方案与OFES资料计算的棉兰老流和棉兰老潜流的季节变化特征与前人描述比较一致,表现为春强秋弱。KPP方案和OFES资料的计算结果表明,北赤道流和棉兰老流大致上是同向变化的,而在冬季棉兰老流同黑潮的变化基本上是一致的。     

长江口天然水流中细颗粒泥沙的絮凝作用

本文根据1978年水文测验资料,分析了长江口水流对细颗粒泥沙絮凝的影响。从中得出:(1)絮凝使长江口泥沙的竖向运动规律发生改变,出现竖向分层流。(2)存在一絮 凝临界流速,只有当流速小于该值时,絮凝泥沙的竖向运动规律才得以体现。(3)在小于絮凝临界流速的水流中,垂线不同高程处的絮凝条件受水流切应力制约。     

太湖梅梁湾三维水动力学的研究──Ⅰ.模型的建立及结果分析

建立了一个太湖梅梁湾三线水动力学模型,模拟了框架湾的水平及垂直流场分布。结果表明：（1）表面流场与风向一致,而底层流场与表面流场的方向完全相反,表现为很明显的补偿流;（2）水平流速基本上自表层向下递减,过渡层的流速比表层和底层小;（3）在风场的作用下可产生垂直环流系统,其中在东南风的作用下产生逆时针的垂直环流（由南向北看）,而在西北风的作用下产生顺时针垂直环流;（4）垂直速度自岸边向湖中心递减,其量级远小于水平流速。     

波-流相互作用源函数及其对海浪模拟的影响

当前,基于第三代海浪模式的波-流相互作用研究,通常仅考虑背景流场对海浪群速度大小、方向的改变及其所引起的波浪折射效应,忽略了流场对波浪能谱的影响。本文以波-流相互作用源函数为切入点,利用MASNUM海浪模式进行理想实验,阐释了水平方向上的波-流相互作用对海浪能谱的改变以及对海浪模拟可能造成的影响。结果表明：水平流速梯度量级、水深、波浪成长状态以及流速梯度方向均可以影响波-流相互作用源函数的作用效果,使得有效波高、谱峰波向的模拟结果发生变化。在更符合实际的水平流速梯度量级下,波-流相互作用源函数对有效波高和谱峰波向模拟值的影响非常小;但考虑到涌浪的长距离传播,其对谱峰波向的影响仍可能明显改变涌浪的传播形态。     

海底聚氨酯弹性体保温输油管道散热损失测试与总传热系数计算

聚氨酯弹性体保温管因具有铺管速度快、施工费用低、使用水深不受铺管船限制等优点,在深水管道保温中广泛应用。管道散热损失测试和总传热系数是输油管道的关键热力参数。测量模拟运行环境下的管道热损失和总传热系数对输油管道的保温层设计有着重要的意义。文章以聚氨酯弹性体保温管道作为研究对象,列出了管道散热损失与传热系数的计算公式,依据其运行环境及工况设计了可模拟深水压力、温度的管道散热损失测试装置。装置的研制有助于工程现场采用的保温管道产品保温效果的测试与评价,还可作为保温结构设计计算和材料选择的参考。文章通过具体实例给出了聚氨酯弹性保温管道散热损失的试验方法与在模拟工况环境下总传热系数的计算过程。     

菲律宾东部沿岸流

根据1986～1989年间9～10月中国科学院海洋研究所“科学一号”船在菲律宾东部海域获得的CTD调查资料,分析了菲律宾东部沿岸流。分析得出,菲律宾东部沿岸流是一支每年都存在的南向流,除个别海域外,流速均小于20cm/s,是一支较弱的流。但这支流有一明显特征,除在该流源地外,最大流速值是在200m水层或者更深的地方。它的最大宽度约为200km,主要水体集中在700m以浅的水层。我们认为岸形影响是该支流形成的主要原因。     

水流条件下单点系泊不同结构“钻石型”重力式网箱的水动力特性数值模拟

目前深远海网箱养殖已成为我国海水鱼类养殖的一个重要方向,为获得适合于深远海养殖的最优网箱结构,本文利用数值模拟方法,对投放于黄海冷水团的"钻石型"网箱箱体设计了5种结构方案(方案1～方案5),进行水动力特性数值模拟,分析箱体结构的中部水平漂移、底部水平漂移以及网箱阻力等特性变化。研究表明,在流速为1m/s时,网箱中部水平漂移优化效果好的依次为方案5(减少30.59%)和方案2(减少20.23%),底部水平漂移优化效果好的依次为方案2(减少37.33%)和方案5(减少22.39%),网箱阻力优化效果好的依次为方案5(减少12.98%)和方案4(减少9.15%)。研究结果表明,采用刚性底框、方形网目,中部增加刚性圆环,网箱形状为上大下小的圆台形,有利于减小网箱的横向位移,降低网箱的阻力。研究结果可为深远海重力式网箱设计提供技术参考。     

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。     

广利河口航道整治研究

广利河口拦门沙航道水深较浅,用双导堤结合航道疏浚进行整治。通过潮流定床模型试验对航道走向、导堤间距、高程、水流流态和堤头布置等进行了方案优化,同时采用局部动床定性试验进行了验证。推荐方案沿程流速、流态分布合理,基本能维持航道水深并满足设计船型的航行条件,可供类似河口治理参考。     

以可生物降解聚合物为碳源去除海水闭合循环养殖系统中的硝酸盐

针对海水闭合循环养殖系统废水脱氮过程中低C/N的问题,采用室内试验装置,研究了以可生物降解聚合物材料(BDPs)PBS为碳源和生物膜载体的填料床反应器对含盐水体中硝酸盐的去除效果及其影响因素。结果表明,反应器能有效去除含盐水体中的硝酸盐,出水DOC浓度小,出水pH值随反硝化反应的进行有上升的趋势。温度和水力停留时间对反应器的脱氮效率影响较大,在温度为14~30℃范围内,温度为30℃时的反硝化速率比14℃时的2倍还要大,反硝化温度常数为0.039;水力停留时间对NO3?-N去除率起重要作用,NO3?-N去除率随水力停留时间的延长而提高。进水NO3?-N浓度对反应器的处理效率有一定影响,浓度过高会导致NO3?-N去除率下降。反应器对进水pH值和DO冲击负荷的适应能力很强,当进水pH值在5.0~9.0与进水DO在2.1~6.8 mg/L范围内变化时,反应器的NO3?-N去除率基本没有变化。     

非淹没刚性植物对海啸作用下海堤水动力特性影响数值模拟研究

基于非静压单相流模型NHWAVE建立了高精度数值波浪水槽。通过设计不同的计算工况,系统研究了非淹没刚性植物对海啸作用下海堤周围水动力特性的影响。着重分析了不同入射波高、不同植物分布密度以及不同植物分布宽度条件下海啸波沿程波形特征以及海堤堤顶越浪流空间分布特征。结果表明:不同入射波高、植物分布密度以及植物宽度条件下,堤顶流厚度和水体流速具有明显单调的变化趋势,并且随着植物分布密度和宽度增大,波能衰减增大;随着入射波非线性增强,植物分布密度和分布宽度对堤顶前段水流厚度的影响也随之增强,而对堤顶后段水流厚度的影响则减弱,且堤顶后缘水流厚度约为堤顶前缘厚度的二分之一;在波浪非线性较大情况下,植物的存在对堤顶流速度的空间分布趋势几乎没有影响,但相对堤顶流速度增加程度均大于无植物情况,且堤顶后缘水流速度约为堤顶前缘的1.6倍。     

下凹内孤立波致流场结构及其影响因素的实验研究

为进一步探究海洋内孤立波诱导流场对海洋工程结构物以及潜航器的影响,本文采用重力塌陷方法和粒子图像测速(Particle Image velocimetry,PIV)技术在大型分层流水槽中进行内孤立波造波以及内部流速场测量,定量分析了下凹型内孤立波诱导流场结构及其影响因素。研究表明:在密度分层流体中,PIV技术可实现对大幅面内孤立波诱导流场的精细测量以及波动结构特征的准确描述;水平流速在上下层方向相反且在跃层处最小,其剪切作用在波谷附近最强;垂向流动在波前和波后分别为上升和下沉流,两者流速值在距离波谷1/4~1/2波长位置达到最大;在相同内孤立波振幅条件下,上下层流体密度差越大、厚度比越小,则波致流场越强;随着振幅增大,流场结构与Kd V、e Kd V和MCC理论模型对应波幅适用范围的描述相吻合。     

吞吐流量对湖泊流场结构影响的数值试验

本文利用EcoTaihu三维生态模型中的三维水动力学模型,开展了典型背景风场、多个吞吐流量条件下的湖流数值试验,分析比较流场达到稳定状态时。沿垂直方向平均流场随吞吐流量大小的变化特征。结果表明:随着吞吐流量的增加,湖泊垂向平均流场逐渐由受风生流控制转变成受吞吐流场控制,在此转变过程中存在临界吞吐流量值。当吞吐流量大小超过该值时,流场结构发生明显的改变,湖泊内小尺度的环流先消失,规模最大的环流最后消失;环流中流向和吞吐流流向一致的区域流速得到加强.而与吞吐流流向相反或差异较大的区域.流速先减小,后增加。风向和风速是影响临界吞吐流量值大小的主要因素。本文的研究结果对认识湖泊流场特征和了解物质在湖泊内的输移扩散具有重要意义,为合理规划引调水、准确预测水质、重建健康生态湖泊提供基础科学依据。