三层流体内潮射线的实验室研究

内潮是发生在稳定层结海洋中,由正压潮流与复杂海底地形相互作用形成的具有潮汐频率的内波,是海洋中不可忽略的一种重要波动形式。本文设计了上层强线性分层、中层弱线性分层、下层为均匀密度的非均匀密度层结,探究高斯地形激发的内潮射线在该层结下的生成、传播以及耗散特征。本实验根据粒子图像测速技术(PIV)测量的流场分布,分析内潮射线在不同层结水体中的转折角度,讨论了归一化动能和湍耗散率分布。实验结果表明,在层结流体中,当ω相似文献   

两层粘性流体中圆柱体受迫振荡数值模拟

研究两层粘性流体中无限长水平圆柱体的受迫振荡问题。在湍流模式下,采用VOF方法追踪两层流体的内界面,基于动网格技术模拟圆柱体的运动边界,对均匀流中横向振荡圆柱体的绕流场进行了数值模拟。计算受迫振荡圆柱体的升力系数、阻力系数随时间的演化曲线和圆柱体的尾涡分布,以及圆柱体的受迫振荡激发两层流体内界面的扰动,并与均匀流体的情况进行了比较分析。研究表明,流体的两层分层效应对受迫振荡圆柱体的升阻力系数和尾涡分布特性都有显著影响,在水下输油气管道涡激振动特性的工程评估中,应考虑流体的密度分层效应。     

层结流体中的非线性内波

十多年来,用摄动法研究非线性波已经取得了相当大的成就.在流体力学方面研究较多的是浅水表面波,在大气科学方面研究较多的是Rossby波.对层结流体中的内波,则研究较少.大家知道,海洋和大气都是密度随深度或高度变化的层结(分层)流体.许多重要的自然现象,如台风、飑线、积云、湍流、海洋中的温跃层等,都和重力内波有关.随着卫星技术的发展,非线性重力内波已经在大气和海洋中观测到[1,2].从理论上研究非线性重力内波较早的是Benney(1966)[3]和Benjamin(1966[4],1967[5]),最近Maslowe和Redekopp(1980)[6]对层结剪切流动的非线性内波作了系统详细的研究.     

小型内波实验水槽及其供水、造波与量测系统

本文介绍了作者们设计并制造的小型内波实验水槽系统,它包括水槽、双缸法供水系统、造波与消波装置以及量测与显示手段。实验表明,此系统性能良好,可进行内波科研与教学实验。     

利用旋转平台产生定常涡旋的一种方法及其三维结构测量

自然界中绝大部分运动都是有旋的,涡旋现象是流体力学研究的一个重要方向。本文通过实验室实验中对涡旋现象进行研究,具有参数可控、现象直观可见、可获取三维数据场等优势。但是考虑到真实海洋中存在的的海洋层结、地转效应,通常使用的实验室造涡方法存在着破坏层结、涡旋结构不稳定等缺陷。本实验提出了一种定常涡旋的生成方法,可以在旋转层结流体中生成一个稳定的涡旋。通过此种方法生成的涡旋,速度与涡度分布径向分布遵循不同的规律,垂向上都沿统一的指数规律衰减,且涡度径向分布可以用一简单解析函数拟合。     

拉格朗日描述下三层流体系统中界面内波的三阶渐近解

在流体力学中,描述流体运动有Lagrange方法和Euler方法.Euler方法是通过观测通过空间各固定位置点处流体质点的运动行为来描述流体运动规律,而Lagrange方法是跟踪各个流体质点,通过观测它们在时空运动中所走过的路径来描述流体的运动规律.在数学处理上,Euler方法较Lagrange方法简单,但Lagrange方法可以完全描述流体运动的整个流场的所有特性,而Euler方法却无法描述每个流体质点的运动轨迹.本文,我们研究具有刚性边界的三层流体系统中的界面内波,其中上层流体的密度比下层流体的密度大.通过在界面处引入朗格朗日匹配条件并使用微扰法得到了拉格朗日描述下的界面内波的一阶解、二阶解及三阶解,给出了质量输运速度、波频率、平均水平和质点运动轨迹的解.结果表明对于质量输运速度、波频率、平均水平和质点运动轨迹在界面处会有不连续性,但是我们发现在满足一定的三层流体水深比和密度比条件时这种不连续性将会消失.     

太平洋不同海水层结条件下的内波波致声场起伏研究

基于Argo资料对太平洋海域海水层结进行分类区划,利用内波动力学方法对内波致声起伏进行数值求解,对不同层结状况下的内波致声起伏进行模拟试验。结果表明:垂直方向海水层结的不均匀和跃层的存在,使海洋内波斜压模态受到了歪曲变形。层结峰的个数和深度与声速起伏存在很好的对应关系。有内波的声传播特征总体上与没有内波时的相似。不同层结情况下,声场对内波扰动的响应不一致。     

浮式生产储油系统内孤立波载荷特性实验

将置于大尺度密度分层水槽上下层流体中的两块垂直板反方向平推,以基于MCC理论解的内孤立波诱导上下层流体中的层平均水平速度作为其运动速度,发展了一种振幅可控的双推板内孤立波实验室造波方法,并对内孤立波作用下浮式生产储油系统(FPSO)的载荷特性开展了系列实验。结果表明,无因次内孤立波水平力和力矩幅值均与先导内孤立子无因次振幅之间呈线性关系,其斜率与上下层流体深度比有关;在各种上下层流体深度比下,无因次内孤立波垂向力幅值与先导内孤立子振幅之间近似呈幂函数关系。     

两层流体中多个振荡水平圆柱潜体水动力特性

采用解析方法研究了无限水深两层流体中多个振荡水平圆柱潜体的水动力特性。在线性势流理论框架内,基于多极子方法建立了辐射势的解析表达式,在此基础上导出了附加质量和阻尼系数的计算公式,采用边界元方法对这种解析方法进行验证,同时研究了两种不同工况下多个振荡水平圆柱潜体水动力的特性,结果表明,两层流体的密度比、圆柱的淹没深度以及圆柱的排列方式和间距等参数的变化对水平圆柱群附加质量和阻尼系数有很大的影响。     

非均匀密度层结内潮射线生成与传播的实验研究

本文通过实验室实验的方法,探讨了非均匀密度层结下内潮射线的生成与传播规律。利用粒子图像测速技术(PIV)对流场进行测量,并计算了内潮能通量。实验结果表明,无转折深度时,内潮射线传播至不同浮频率水层会发生折射,向上传播时有能量聚焦现象;转折深度高于地形高度时,在浮频率大于强迫频率的上层流体中仍有内潮射线生成,但能量较弱,水平通量的深度积分相对于无转折深度时更小,且地形越高越容易在上层激发内潮射线。对水平流速做经验正交函数(EOF)分解,得到的主要模态与内潮斜压模态有很好的对应性。     

绿色GOP核算方法初探

绿色海洋生产总值核算主要是通过对海洋资源消耗、海洋环境破坏的成本进行核算,对绿色海洋生产总值进行修正获得的。目前,国家海洋局联合国家统计局已完成我国“十五”期间海洋经济核算,因此,文章主要研究海洋资源耗减成本和海洋环境污染成本的核算方法,从而实现绿色海洋生产总值的核算。     

MPS法高精度自由表面识别方法研究

为了提高粒子法即移动粒子半隐式法(Moving Particle Semi-implicit method, MPS法)中自由表面粒子的识别精度,降低由粒子误判引起的非物理压力振荡,对MPS法的自由表面识别方法进行了改进。在原始自由表面判别标准的基础上增加辅助判别条件,提出2种新的自由表面判别法即压力判别法和填充率判别法。利用对静水问题和溃坝流问题的模拟计算,对比分析选用不同自由表面判别法得到的数值计算结果,揭示粒子识别精度对压力计算的重要影响。研究结果表明:新提出的压力判别法和填充率判别法可以有效地提高自由表面粒子的识别精度,减轻压力计算中的非物理压力振荡现象,从而提高压力计算的稳定性以及整体数值计算的模拟精度。     

障碍物探测方法探讨

介绍了侧扫声纳、多波束测深系统、磁力仪的工作原理,提出了障碍物探测的相关技术要求。实例分析了综合利用侧扫声纳、多波束进行沉船探测的方法,结合侧扫声图和多波束水深探明障碍物的精确位置,测得最浅点水深,全面获得障碍物信息,大大提高了探测质量。对铁磁性小目标探测能力进行评估,并用实例加以分析和佐证。     

南海沉积物图解法和矩值法粒度参数计算及对比

粒度参数是海洋沉积物的基本特征,其计算方法的选择导致粒度参数的差异成为制约沉积物粒度数据同化的主要因素之一.基于传统图解法的基本原理,发展了分段低次线性插值方法用于图解法的粒度参数快速计算,使用该方法和矩法分别计算了南海172个表层沉积物粒级参数,并对2种不同方法计算的结果进行相关性验证.结果表明:2种方法得到的平均粒径、分选系数、偏态和峰态分别呈显著相关,且相关性依次降低.通过与前人的研究结果对比,发现2种方法计算的平均粒径和分选系数相关性较为稳定,基本不受沉积物类型的影响;而偏态和峰态值与沉积物物质组成密切相关,物质组成单一稳定,则相关性较高,反之表现为不相关.因此,在资料整合同化处理过程中应充分考虑2种参数计算结果的差异.     

SVD方法在信号重构中的应用

由时域有限连续信号的部分频段值重构其它频段值的问题,可以转化为求解线性方程Ａ·ｘ＝ｂ的问题。奇异值分解（ＳＶＤ）方法能够清楚地刻画算子Ａ的值域和数值零空间,通过计算信号与所张成值域的正交基的内积,可以预先判断信号重构性能的好坏。数值计算表明ＳＶＤＴｉｋｈｏｎｏｖ正则解比Ｐａｐｏｕｌｉｓ－Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ（ＰＧ）算法在色噪污染情况下有更好的抗干扰性。     

异常事件对EMD方法的影响及其解决方法研究

作者指出异常事件在数据中形成局部的高频信号 ,运用经验模态分解 (EMD)方法分析这种存在异常事件干扰的数据 ,就会产生本征模函数 (IMF)的频率混叠现象 ,而造成物理过程的重叠 ,使得难以用时间过程曲线表现特定的物理过程。这一问题是 EMD方法中尚未妥善解决的问题。为解决这一问题 ,作者利用干扰信号极值及其两边的极大与极小值位置与原始数据有明显对应关系的特征 ,将相关 IMF中的异常信息直接滤除 ,再用 Spline插值方法弥补滤除时段的数据 ,得到重新拟合的该 IMF数据。采用这种方法可以提取出异常信号 ,提取的精度与异常信号的时段长度有关。而且 ,拟合结果消除了异常干扰 ,可以将该 IMF与其余 IMF一起叠加成没有异常干扰的数据。将滤除了异常干扰的数据再次进行 EMD分解 ,可以得到新的 IMF系列 ,而它与不加校正的分解结果有相当大的差别 ,可靠地反映了真实物理过程。结果表明 ,只有在有效滤除异常干扰的情况下才能获得可靠的 IMF系列 ,并准确地描述各种尺度的现象 ;消除了异常干扰的 IMF可以任意单独或组合使用 ,表现各种时间尺度的变化与过程 ;所讨论的方法只适合异常时段较小的情形。对于异常时段接近或大于正常变化周期的干扰还需要探讨其他方法     

地面三维激光扫描仪自检校方法研究

在深入分析地面三维激光扫描仪系统误差的基础上,研究了其系统误差检校主要方法.提出了扫描仪系统误差自检校方法,设计了基于控制点的室内自检校场,通过对GLS- 1500扫描仪的自检校实验,验证了自检校方法的可行性,并通过显著性检验,为优化扫描仪系统误差参数结构提供了依据.     

最小二乘水位拟合法的应用优化设置

基于最小二乘水位拟合模型参数的时变性及其规律,分析指出模型参数求解的最佳同步时长与潮汐类型相关,按半日潮、混合潮、全日潮类型应分别取略大于6h、10h、12h。分析了参数在一定精度下能延续使用的时长,即参数的时效性问题,统计分析表明:在保证精度的前提下,模型参数可延续使用同步时长的约一半,可显著提高运行效率。     

海道测量声剖密度的确定方法研究

基于声剖选取引起的深度误差模型,利用实测数据,分析比较了不同选取方法对测深结果的影响。通过仿真计算,对相邻时刻声剖点的平均声速差值与深度、波束角、断层差值的关系进行了阐述,提出了通过确定相邻声剖点平均声速差值来确定声剖密度的方法,对实际工作有一定的参考价值。     

基于荧光法的海水氨氮测量方法研究

对邻苯二甲醛荧光法测量海水中氨氮进行了研究。实验研究了该体系测定氨氮的最佳条件,结果表明亚硫酸钠对该体系具有良好的增敏增稳作用,盐度(20～35)对测量结果无影响(引起误差在±1.5%以内)。氨氮测定的线性范围为2～300μg/L,精密度(相对标准偏差RSD)均小于3%。