浮标在风浪中的运动特性分析

通过统计分析方法 ,提出了浮标在风浪中的运动频谱特性。实际应用证明 ,运用本文所提出的方法 ,可以优化设计浮标的运动特性。     

自持式剖面循环探测漂流浮标水下运动过程实例分析

文章对正在研制中的“自持式剖面循环探测漂流浮标”完成一个剖面测量任务的过程,进行了运动分析和数值计算。数值计算结果与试验数据的对比显示,数值计算结果是可信的,这对了解浮标在水下的运动状态提供直观的帮助,并为浮标的海上试验提供了参考依据。     

新型激光雷达浮标运动响应特性数值研究

以新型激光雷达浮标系统为研究对象,基于ANSYS/AQWA开展了激光雷达浮标系统运动响应特性数值研究,研究了浮标吃水深度、形状参数对于激光雷达浮标运动响应的影响规律,分析了附加质量、辐射阻尼、运动响应RAO及一阶、二阶波浪力等水动力参数。采用时域分析方法对不同风浪流荷载入射角度下的激光雷达浮标锚泊系统张力特性进行了计算分析。研究结果表明:随着浮标吃水深度的增加,浮标纵荡方向响应无明显变化,垂荡响应显著增大;随着浮标底部圆台直径的增大,浮标纵荡方向响应变化较小,而圆柱形浮标垂荡运动响应显著大于圆台形浮标;当浮标系泊锚链发生松弛—张紧状态变化时易出现极端张力,且极端张力出现的幅值和频率随有效波高的增大和谱峰周期的减小而增大。     

深海自持式剖面浮标水动力特性分析

利用CFD技术对浮标上浮下潜运动进行数值模拟实验分析,流场求解基于Navier-Stokes方程和RNG k-epsilon湍流模型,压力和速度的耦合采用SIMPLE方法解耦,流场的控制方程采用有限体积法离散且分离式求解.在此基础上揭示了浮标上浮下潜运动过程的流场特性;得到浮标水下运动过程阻力随速度变化的规律,并将仿真...     

深海锚泊浮标的二阶动力分析

计算了规则波上深海锚泊浮标的运动响应和锚泊线的动力响应。在对浮标的二阶漂移力计算时考虑了锚系的影响,并将浮标平均漂移的计算结果与不考虑锚系影响的结果进行了比较。本文计算所用浮标为单点系泊浮标,锚链由不同重量的分段组成。     

三锚系大型浮标运动响应特性数值研究

以三锚系浮标系统为研究对象,基于AQWA与OrcaFlex软件开展了三锚系大型浮标系统运动响应特性数值模拟研究。对直径10 m的浮标结构在波浪荷载下的水动力特性进行研究,校核了浮标的初稳性和大倾角稳性特征,计算分析了浮标的附加质量、辐射阻尼、运动响应幅值算子RAO等水动力参数,阐明了不同风、浪、流工况下三锚系浮标与辅助浮筒的运动响应特性,揭示了浮标三锚链导缆孔处锚泊张力随入射角度、波高和周期等的变化规律。研究结果表明：该浮标稳性和随波性能较好。与无浮筒三锚系浮标相比,带辅助浮筒的三锚系浮标系统的运动响应和锚泊张力减小,随着波高和周期增大,三锚系浮标系泊锚链的极端张力值逐渐增大,尤其是在极端海况下,迎浪向锚链极端张力急剧增大。     

球形波浪浮标结构参数对其升沉运动性能的影响

对球形波浪浮标进行了静力学分析,并结合球形波浪浮标吃水线的一般设计要求得出了球形波浪浮标的平均密度与海水密度的关系式。利用球形波浪浮标在受到波浪激励时的运动响应方程并结合球形波浪浮标的结构参数特点,得出了球形波浪浮标在波浪激励下的升沉运动振幅与激励波浪振幅相一致的理论条件和结构参数。以国家海洋技术中心最新研发的直径480 mm球形波浪测量浮标为研究对象,结合海洋表面波分类特征,研究了该球形浮标体在常规波浪激励下的升沉运动响应的相关性能,并给出了在测量不同周期的波浪时,该球形浮标体升沉运动的理论响应振幅系数。通过以上分析得出了直径480 mm球形波浪测量浮标在测量周期为1 s以上的波浪时具有非常优越的随波浪升沉运动的性能。文章的相关分析为球形波浪浮标的进一步研究提供了理论基础。     

深海综合观测浮标研制及其在热带西太平洋的应用

目前尽管国内近海浮标实现了产品化,但深远海尚无定型可靠的深海综合观测浮标系统,基于此,中国科学院海洋研究所设计制作了深海综合观测浮标系统,其浮标体为柱台型结构,采用单点锚泊系留。整个系统主要由浮标体、系留子系统、观测子系统、数据采集处理控制子系统、通信子系统、供电子系统、检测子系统、安全报警子系统和岸基数据接收处理子系统等9部分组成。浮标系统通过搭载不同类型的传感器,实现对风速/风向、气温、相对湿度、气压、能见度、雨量、波浪、表层水温、表层盐度、表层溶解氧、表层叶绿素、表层浊度、剖面流速流向、剖面温盐深(最大深度可达1 000 m)、方位及浮标位置等要素进行实时观测,从而完成对海洋气象、水文和水质等要素的长期、连续、自动监测,并支持铱星和北斗等卫星通信方式,将观测数据实时的传输到岸基数据接收处理系统。近年来,深海综合观测浮标系统在热带西太平洋海域连续进行了4次海上应用,每次应用时间长达1 a。它提供了第一手的大洋上层和海气界面长时间序列的实时连续观测资料,促进了关于气候变化和深海大洋的研究工作。所研制的深海浮标达到目前国际同类产品(美国ATLAS浮标、日本TRITON浮标)的先进水平,...     

全球海洋中Argo剖面浮标运行状况分析

A rgo剖面浮标是A rgo全球海洋实时观测网建设中的主要观测设备。自2001年国际A rgo计划组织实施以来,世界上已经有22个国家和团体在全球海洋中陆续布放了3 000多个A rgo剖面浮标,它们的寿命和运行状况一直是人们重视和关心的问题,因为这关系到何时能够实现国际A rgo计划的最终目标,更重要的是,涉及到浮标的性能、资料的可靠性。文中就这些问题进行了探讨,希望能有助于关注者对A rgo全球海洋实时观测网的建设及运行情况有一比较全面的了解。     

大型海洋资料浮标的运动性能研究

运动性能是浮标设计中的关键问题之一。文中对直径10 m的圆盘型海洋资料浮标的运动性能进行了数值模拟和试验研究。建立了浮标的有限元模型,采用势流理论进行计算分析,获得了浮标运动响应的传递函数。通过对数值计算结果与模型试验结果进行比较,验证了数值计算方法的有效性。在此基础上,结合我国南海海区海况资料,应用谱分析法对其在极限海况下的运动响应进行了短期预报。该研究结果对浮标前期设计具有参考意义。     

An estimation of the average lifetime of the latest model of APEX floats

Estimating the average lifetime of floats is very important for Argo, because the total cost of maintaining the monitoring network largely depends on float lifetime. However, the actual lifetime of floats used in Argo is currently unknown. An estimate can be made by examining past float survival, but this is complicated by floats still operating at sea and continuous improvements in float hardware. Because APEX (Autonomous Profiling Explorer) floats are the most widely deployed type of float in the world oceans, in this study we estimate the lifetime of the latest model of APEX powered by alkaline batteries. The expected lifetime is estimated with a statistical method that allows for floats that are still active and that failed because of a known and now fixed hardware fault that should not cause failure in the latest model of floats. As an example, we analyzed the APEX fleets managed by the Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC), because we have access to a JAMSTEC database in which the causes of float failure have been carefully correlated to known hardware problems. Analysis of the JAMSTEC fleet (n = 571, as of 7 May 2008) indicated that the expected lifetime of the latest model of APEX is 134.6 (127.6–141.5, considering standard errors) cycles, equivalent to 3.7 years of 10-day cycles. We conclude that the annual deployment of 813 (773–859) APEX floats is needed to maintain the Argo observational network of 3000 floats. Floats with different hardware configurations (e.g., lithium batteries) or different mission programs (e.g., shallower profiling, deeper profiling every several cycles) may be expected to have an even longer lifetime.     

Stability of Temperature and Conductivity Sensors of Argo Profiling Floats

After recalibration of the temperature and conductivity sensors of three Argo profiling floats recovered after operations for four to nine months, the results indicate that the floats basically showed no significant drift, either in temperature or salinity, and adequately fulfilled the accuracy requirement of the Argo project (0.005°C for temperature and 0.01 psu for salinity). Only the third float showed a significant offset in salinity of about −0.02 psu, as expected from comparison between the float data and the shipboard conductivity-temperature-depth data. This offset was caused by the operational error of the PROVOR-type float, in which the surface water was pumped immediately after the launch, fouling the conductivity sensor cell. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

初探我国Argo浮标下潜深度标定

为了使剖面能停留在预定深度,通过水静力学角度对相应的浮标压载标定方法进行研究.试验表明,浮标重量改变1 g,就会造成大约10 m停留深度的变化.论文详细描述了用压力罐进行浮标压载重量标定的方法,并通过一台浮标的压载实验给出浮标配重计算方法.     

后挖沟深度对深海海底管道屈曲影响数值分析

鉴于海底管道的服役水深越来越深,主要采用犁式挖沟机对预铺设于海床之上的海底管道采取后挖沟的方式将海底管道埋设于海床之下,以保护其免受不必要的损伤。针对后挖沟深度H是海底挖沟机的重要设计参数,也是影响管道悬跨的重要因素的问题,对SMD(UK)犁式挖沟机展开参数优化,确保作业过程中悬跨段管道在外部静水压力作用下,海底管道不会发生屈曲破坏。采用ABAQUS软件,分别建立了作业前和作业中两种工况下的悬跨模型,分析机械手对接触部分管道的损伤,结果显示,作业中的机械手对悬跨管道的损伤更大;同时,建立了作业中不同管径下,后挖沟深度对管道损伤的安全裕量关系曲线。进一步,结合作业中不同挖沟深度下的管跨段屈曲数值模型,对处于外部静水压力作用下的悬跨管的屈曲失效展开分析,结果显示,随着后挖沟深度的加大,不同管径下的悬跨段管道局部出现塑性压溃的临界压力值不断降低;管道外径的增大,降低了同一后挖沟深度下发生屈曲失效的压力值。最后,在后挖沟深度与外部静水压力组成的区域内,建立屈曲失效临界关系曲线,并划分出工作区和压溃区,为深海管道后挖沟埋管的施工提供工程参考。     

基于Argo资料的西北太平洋海表面盐度对台风的响应特征分析

基于1996—2012年西北太平洋Argo剖面浮标盐度观测资料,利用合成分析方法研究了海表面盐度对台风的响应特征。结果表明海表面盐度对台风的响应具有明显的非对称性:台风过后其路径右侧的海表面盐度显著上升;左侧的则在R₅₀内上升,R₅₀外区域普遍下降。进一步分析显示台风强度、移动速度和海洋混合层深度对海表面盐度响应特征均有较大影响。强度大或移动缓慢的台风能造成大范围的海表面盐度上升;强度小或移动快速的台风只在路径右侧造成海表面盐度上升,左侧的则普遍下降。夏季(6-9月)台风过后,海表面盐度在混合层浅的区域普遍大幅上升,在混合层深的区域则在台风路径左右两侧2R₅₀范围内小幅上升,在远离台风路径左侧区域下降。     

应用Argo资料分析西北太平洋冬、夏季水团

应用Argo剖面浮标观测的温、盐度资料,分析了西北太平洋海域冬、夏季的温、盐度分布、水团结构及其分布。首先采用T-S点聚图法分析了该海域水团分布的基本情况,由点聚分析结果可知,该海域至少存在6种以上水团;再用模糊聚类软化法对水团作进一步划分,分别计算了该海域6至11类水团的F和△F值,结果表明,冬、夏季的△F值都以划分为8类时为最大,这与大洋水团的稳定性是一致的,因此,该海域冬、夏季水团以划分为8类最佳,它们分别是北太平洋热带表层水、北太平洋次表层水、北太平洋中层水、北太平洋副热带模态水、北太平洋深层水和赤道表层水,以及南太平洋次表层水和南太平洋中层水。     

Heat content change in the surface isothermal layer of a warm core ring in the sea east of Japan

Heat content change in the surface isothermal layer of a typical warm core ring in the sea east of Japan is described based on approximately 90 CTD profiles obtained by one profiling float. Erosion of the seasonal thermocline and development of a surface isothermal layer from the mid-summer to the early winter of 1999 are clearly seen. While heat content change between two consecutive profiles with a 35-hour time interval is much noisier, its 10-day running mean is consistent with net surface heat flux, indicating that surface heat flux dominates the temporal heat content change in the surface isothermal layer in the warm core ring.     

Metabolic and physiological regulation of Chlorella sp.(Trebouxiophyceae,Chlorophyta) under nitrogen deprivation

A freshwater green microalgae Chlorella sp., UMACC344 was shown to produce high lipid content and has the potential to be used as feedstock for biofuel production. In this study, photosynthetic effciency, biochemical pro?les and non-targeted metabolic pro?ling were studied to compare between the nitrogen-replete and deplete conditions. Slowed growth, change in photosynthetic pigments and lowered photosynthetic effciency were observed in response to nitrogen deprivation. Biochemical pro?les of the cultures showed an increased level of carbohydrate, lipids and total fatty acids, while the total soluble protein content was lowered. A trend of fatty acid saturation was observed in the nitrogen-deplete culture with an increase in the level of saturated fatty acids especially C16:0 and C18:0, accompanied by a decrease in proportions of monounsaturated and polyunsaturated fatty acids. Fifty-nine metabolites, including amino acids, lipids, phytochemical compounds, vitamins and cofactors were signi?cantly dysregulated and annotated in this study. Pathway mapping analysis revealed a rewiring of metabolic pathways in the cells, particularly purine, carotenoid, nicotinate and nicotinamide, and amino acid metabolisms. Within the treatment period of nitrogen deprivation, the key processes involved were reshu ? ing of nitrogen from proteins and photosynthetic machinery, together with carbon repartitioning in carbohydrates and lipids.     

南海深海氮循环微生物的原位培养与多样性分析

借助自主研发的深海水体原位定植培养系统,在南海3 300 m的深海水体中进行了氮循环微生物的原位培养.通过向富集仓中投加缓释肥(铵盐、硝酸盐和尿素)进行了为期17个月的原位富集.结合高通量测序技术和分离培养的方法,对深海原位富集物及实验室二次富集物进行了微生物多样性分析. 16S rRNA基因高通量测序结果表明,在南海原位富集样品中,细菌以变形菌门丰度最高,富集仓内脱脂棉附着介质和仓内水样中的最优势属分别为希瓦氏菌属(Shewanella)和科韦尔氏菌属(Colwellia);古菌以奇古菌门为主,其中氨氧化古菌(AOA)所占比例很高.通过平板培养分离到17株细菌,主要包括盐单胞菌属(Halomonas)、海杆菌属(Marinobacter)和亚硫酸盐杆菌属(Sulfitobacter)等.通过不同起始氮源(氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐)和培养温度(28℃和10℃),对原位富集样品进行实验室二次富集,获得了5个富集菌群.分析发现,它们均具有较好的脱氮效果,可以产生N_2O或N_2;这些菌群均以盐单胞菌属占绝对优势,其次为海源菌属(Idiomarina)或海杆菌属,其中盐单胞菌和海源菌成功获得分离.单菌功能验证表明,分离获得的盐单胞菌具有好氧反硝化能力,其在原位环境下反硝化活性尚有待确认.     

深海扬矿泵导叶结构中粗颗粒运动特性研究

扬矿泵作为深海采矿水力提升系统中的关键设备,其设计参数对安全、高效输送矿石有着重要作用。通过对扬矿泵导叶区域中的颗粒进行受力分析,建立受力方程和运动方程,从扬矿泵结构参数和输送参数两个方面来研究颗粒在扬矿泵导叶中的运动情况。研究结果表明:1)当颗粒粒径一定的条件下,相比于25°和30°的导叶进口安放角θ,15°~20°时颗粒将在更短的时间内以更快的速度与导叶壁面发生碰撞,这样对导叶的磨损更严重,但当θ大于25°时,导叶曲面弯曲过急,不利于颗粒过泵,因此,在此研究中选择导叶进口安放角为25°较合适;2)流道宽度小于3d_(max),颗粒与导叶碰撞位置越靠近导叶进口,碰撞时颗粒的速度越大,对泵的磨损越严重,流道宽度大于3d_(max),导叶的导流效果降低,综合考虑,选择流道宽度为3 d_(max)较佳;3)当水流速度在2~5 m/s时,颗粒与导叶碰撞瞬间,水流速度大的工况下,颗粒会以更大的速度与导叶碰撞,这样对机械的磨损更严重;4)细颗粒不容易与导叶碰撞,同一流速下,粒径越大的颗粒在导叶中的停留时间越长,会增加堵泵的概率。