波浪作用下异重流运动特性研究

本文通过水槽试验和理论分析手段对波浪作用下异重流运动特性进行了研究，应用流体运动基本方程推导了异重流在水平底面运动时的运动速度、厚度和流量表达式。结果表明，计算结果与水槽试验较一致     

绷紧式系泊缆冲击张力特性研究

采用集中质量法研究了绷紧式系泊系统中系缆由于松弛-张紧过程产生的冲击张力。建立系泊缆绳离散的集中质量模型,对其独立单元进行受力分析并建立了单元的运动方程。给定缆绳上端点简谐激励,通过Ansys中的Aqwa模块,分析了缆绳的运动响应;针对缆绳运动响应过程中的三种状态进行了模拟计算,探讨了冲击张力产生的条件;研究了缆绳初始预张力、上端点激励幅值和频率、拖曳力系数、弹性模量以及单位长度质量对动态张力的影响。研究结果表明:这些影响因素不仅会影响缆绳动态张力的大小,也会对缆绳中的冲击张力产生一定的影响。     

远海浮式结构物与供应船旁靠系泊特性研究

针对远海浮式结构物与供应船进行旁靠作业时,水动力干扰、两船的相对运动、旁靠系缆系统和护舷系统的受力特征等问题开展研究。建立各船的有限元模型,设计出两船旁靠连接缆系统,选取合适的系泊缆和护舷参数。研究表明:浮式结构物和供应船的横荡、纵荡方向存在一定的同步性或跟随性,幅值相差不大,其它方向的运动并不存在明显的同步特征;供应船的各自由度运动幅值均比浮式结构物偏大;旁靠护舷的受力时历出现了明显的低频效应,说明护舷的受力较大程度上受船体低频慢漂运动的影响;浮式结构物对供应船的水动力干扰较大,当浮式结构物在供应船的上风位置时,表现为屏蔽效应,供应船的运动较小;在其背风位置时,运动加剧,出现多次共振、峰值放大现象,供应船对浮式结构物的水动力性能几乎无影响,因此,供应船从浮式结构物的下风口一侧靠泊作业将更有利于船舶的安全性能。这些研究结论可为实际工程操作提供参考。     

基于图像处理技术的养殖池集污特性研究

本文针对养殖池的集污试验,研究了用于量化分析污物聚集面积的图像处理技术,并将其用于方形圆切角养殖池在边侧管式射流方式下的集污特性研究。图像处理技术包括图像预处理、图像增强、图像分割、轮廓提取四个步骤,成功获得了污物的量化分布面积。在养殖池集污特性研究方面,本文研究了射流流速为24cm/s条件下,不同射流角(射流方向与池壁夹角)对污物聚集效果的影响。结果表明,方形圆切角养殖池存在一个最优的射流角度,本文研究条件下,最优角度约为40°。本文研究结果,可为养殖池水力驱动优化布置提供参考。     

圆筒形FWPSO水动力性能模型试验研究

针对一圆筒形FWPSO设计概念开展水动力性能模型试验研究,研究发现圆筒形FWPSO纵摇运动受二阶波浪力作用明显,存在显著的低频运动;同时由于垂荡固有周期与波浪周期接近,该平台在大的波浪环境中出现较大幅度的垂荡运动而在小的波浪环境下纵摇和垂荡运动性能优良。该问题应当引起设计者足够的重视。     

双层环境中圆桩柱对斜坡异重流动力特性影响的试验研究

利用开闸式异重流水槽试验,结合高速相机和粒子图像测速技术,量化不同强度双层环境中圆桩柱对斜坡异重流传播模式、速度与涡度场、波流作用等宏微观特性的影响。试验结果表明：在低理查森数Ri_ρ环境中,圆桩柱的存在抑制了异重流混合层厚度的增加,但延展了其在流向的长度;在高理查森数Ri_ρ环境中,圆桩柱打破了侵入流在密度跃层处对称的传播模式,并促进了异重流与环境流体的剪切过程。当内波弗劳德数Fr> 1时,产生锁定波,异重流头部出现强漩涡,在密度跃层产生有利压力梯度使内波尺寸增大;当内波弗劳德数Fr <1时,振荡产生发射波,波谷与异重流头部相互作用而使波形变平整;当内波弗劳德数Fr≈1时,锁定波和发射波并存。在低理查森数Ri_ρ环境中,圆桩柱的存在导致波流耦合作用减弱,而在高理查森数Ri_ρ环境,波流耦合作用反而增强。     

风和流作用下单链式系泊养殖工船“鱼尾运动”研究

单点系泊船舶在受到风、流等外力作用下通常会产生大幅周期性艏摇运动，称为“鱼尾运动”。剧烈的鱼尾运动可能会导致系泊系统的锚链承受过大的张力从而遭到破坏。为了充分认识单点系泊状态下养殖工船的鱼尾运动，针对一艘十万吨级单链式系泊养殖工船进行了数值分析及模型试验研究。首先，通过风洞模型试验测得养殖工船的风、流载荷系数，以此作为输入对风、流联合作用下养殖工船的动力响应进行了数值模拟分析；同时，开展水池模型试验验证了数值计算结果的准确性和可靠性；最后，通过数值计算研究了不同风速和流速下单链式系泊养殖工船鱼尾运动的特性和规律，为实际工程设计提供一定的参考。     

基于图像处理的回声定位信号检测方法

鲸豚类海洋哺乳动物发出的回声定位信号是一种频率较高的短时脉冲信号,研究回声定位信号检测方法有助于快速、准确地检测海洋哺乳动物发声,进而更好地保护海洋哺乳动物.本文提出了一种基于图像处理的鲸豚类动物回声定位信号检测方法.该方法首先对收集到的数据进行分帧,计算每帧信号的时频图;使用Frangi滤波器对时频图进行滤波,以降低...     

FSRU码头系泊模型实验与数值模拟研究

FSRU在恶劣环境条件下的作业和安全停靠性能与系泊缆张力、靠垫挤压应力、船体6自由度运动等参数有关。针对FSRU码头处海洋环境条件,进行FSRU不同装载状况的模型实验,获得FSRU的6自由度运动及其系泊载荷的动力特性。基于三维辐射和绕射理论,使用Sesam软件进行频域计算,以此为基础在相应海洋环境条件下进行时域耦合分析,获得FSRU 6自由度运动、系泊载荷、靠垫应力等参数的响应时历。结果表明:30%装载、横浪条件下FSRU的运动响应最大,系泊缆张力未达到破断值,靠垫压力超过其压缩60%时的载荷;模型实验对FSRU运动响应和系泊缆张力的预测结果可信,靠垫受力情况需要数值仿真进行辅助研究。     

VC++与Matlab混合编程的图像处理

主要讨论了VC 与M atlab混合编程的两种常规方式,给出了利用M atlab数学函数库混合编程的实现方法,指出了常规方式存在不足的同时,提出了另外两种方法,实现了利用M atlab数学函数库和编译器结合VC 混合编程的新方法,充分发挥了VC 有效运算速率与M atlab强大矩阵运算的优点。实验结果说明本文所提方案可行,适用于图像处理。     

Flow around a partly buried cylinder in a steady current

The flow around a cylinder, surface mounted or partly buried has been examined at Reynolds number of 1.3×10⁴ and 2.6×10⁴ by using the flow visualization method in the case of steady current. The lengths of the upstream and downstream separation regions were determined and the characteristics of the flow area were discussed for the cylinder having different burial depth to the diameter ratio (G/D). For comparsion, some numerical results obtained from the application of the FLUENT, computational fluid dynamics (CFD) software package have also been presented. Both experimental and numerical results indicated that the lengths of the separation regions near the upstream and downstream of the cylinder decreased with the increasing burial ratio (G/D=0, 0.20, 0.50). The results have significant implications both for the illustration of the potential for using CFD software and highlighting the need for data of two dimensional flow around the buried cylinder.     

Experimental study of forces on a cylinder in oscillatory flow with a cross current

Forces on a circular cylinder have been measured with nominally two-dimensional current and oscillatory flow at right angles. Previous results for purely oscillatory flow defined by a Keulegan-Carpenter number, Kc, have been extended for reduced velocities, Vr, in the range 3–10. For Kc<7 modification of the Karman street by oscillation is complex and locking-on has a dominant influence. For Kc > 7 simply adding forces due to the current and oscillation as though in isolation generally gives conservative results. The ‘current’ drag shows considerable variation and can even be negative. The Morison fit to the in-line force is generally less satisfactory when there is a current and can be wholly inadequate.     

畸形波作用下锚泊方柱系泊张力特性研究

基于物理模型试验,探究畸形波和不规则波作用下浮体系泊张力差异问题。讨论相对波高、相对周期和畸形波参数α₁对系泊张力的影响。结果显示：畸形波参数α₁和浮体系泊张力显著相关。在α₁=2.0～2.83范围内,畸形波作用下迎浪侧系泊张力最大值可达不规则波作用的1.9倍。在相对波高H_s/d=0.032～0.097范围内,畸形波作用下迎浪侧系泊张力最大值显著大于不规则波的作用结果,但畸形波和不规则波对应的1/3值及平均值几乎一致。就相对周期影响而言,迎浪侧系泊张力最大差别出现在谱峰周期T_p<T_0p范围内。频域方面采用小波分析方法讨论畸形波和不规则波作用下浮体系泊张力时频谱特征,两种波浪作用下系泊张力时频特征有显著差别。     

基于潜标观测的牛郎海山的深海海流的低频变化特征

本文利用在西太平洋牛郎海山布放的两套锚系潜标获取的长时间海流观测数据,分析了深海的海洋动力环境特征,着重阐释了该海域海流的全水深垂向结构及其低频变化特征。结果表明：（1）年平均海流及其变化幅度均在上层最大、中层和深层次之、中深层最小;（2）年平均上,150 m以浅的海流为东向的副热带逆流,150 m以深和中层为西向流;山顶处的近底层海流为较稳定的弱南向流,山底处的近底层海流为西南向流;（3）在山顶和山底,各深度层次的海流在全年均表现出100 d左右的振荡周期;在2 000 m以浅,各深度层次的海流振荡的位相基本一致,振荡幅度在表层最强、随深度的增加而减小;在2 000 m以深,海流变化的位相与2 000 m以浅相反,振荡幅度在4 000 m最强。     

一种新型Semi-Spar式海上风机平台系泊系统优化分析

参考英国的Kincardine风机采用的新式的Semi-Spar概念,结合spar式基础和半潜式基础的特点,提出了一种新式海上浮式风机平台模型,并基于三维势流理论,利用AQWA软件进行水动力计算,验证新式平台可靠性。分析了在风、浪、流荷载联合作用下,锚链竖向夹角、系缆数量对风机浮式平台运动性能和系泊张力的影响,对系泊系统进行优化,并验证极端工况下的可靠性。结果证明风机平台水平运动和纵摇运动幅值较小,但垂荡幅值略大,而通过减小锚链竖向夹角可以控制平台运动响应幅值,增加系缆数量可以同时减小系泊张力大小。计算结果证明了新型Semi-Spar式海上风机平台可行性,为浮式风机平台及系泊系统的设计提供参考。     

基于重、磁数据的珠江口盆地构造格局研究

珠江口盆地位于南海北部大陆边缘,横跨了华南大陆架、大陆坡以及洋陆过渡带地区,其构造演化十分复杂。随着勘探程度的加深,珠江口盆地的边界也一直发生着变化,盆地南部边界存在争议。本文基于卫星重力异常数据和磁力异常数据,重新研究了珠江口盆地的断裂及火成岩分布,并以高精度地震数据为约束反演了研究区新生界深度,根据处理的结果对研究区构造单元进行了调整。研究结果显示,研究区的NEE、NE和NW向断裂较为发育,且在本次研究中新识别出4条断裂;火成岩平面位置整体走向为NEE向,但不同区域走向存在区别：在盆地西部有近EW向火成岩,盆地中部火成岩为NWW向,而盆地东部火成岩部分为近EW向;在构造单元中将阳江凹陷根据重力和新生界特征分成了阳江西凹陷和阳江东凹陷,并删去了文昌D凹陷和文昌E凹陷。NW向的北卫滩断裂与阳江−一统断裂一起将盆地分为西部、中部和东部3个部分,此3个部分的断裂走向、火成岩平面位置和新生界厚度及构造单元都有所不同。本次同时对珠江口盆地断裂、火成岩和构造单元进行研究,旨在对后续盆地研究和油气突破提供地球物理支撑。     

The construction of high precision geostrophic currents based on new gravity models of GOCE and satellite altimetry data

The new gravity field models of gravity field and steady-state ocean circulation explorer(GOCE), TIM_R6 and DIR_R6, were released by the European Space Agency(ESA) in June 2019. The sixth generation of gravity models have the highest possible signal and lowest error levels compared with other GOCE-only gravity models, and the accuracy is significantly improved. This is an opportunity to build high precision geostrophic currents. The mean dynamic topography and geostrophic currents have been calculated by the 5 th(TIM_R5 and DIR_R5), 6 th(TIM_R6 and DIR_R6) release of GOCE gravity field models and ITSG-Grace2018 of GRACE gravity field model in this study. By comparison with the drifter results, the optimal filtering lengths of them have been obtained(for DIR_R5, DIR_R6, TIM_R5 and TIM_R6 models are 1° and for ITSG-Grace2018 model is 1.1°). The filtered results show that the geostrophic currents obtained by the GOCE gravity field models can better reflect detailed characteristics of ocean currents. The total geostrophic speed based on the TIM_R6 model is similar to the result of the DIR_R6 model with standard deviation(STD) of 0.320 m/s and 0.321 m/s, respectively. The STD of the total velocities are 0.333 m/s and 0.325 m/s for DIR_R5 and TIM_R5. When compared with ITSG-Grace2018 results, the STD(0.344 m/s) of total geostrophic speeds is larger than GOCE results, and the accuracy of geostrophic currents obtained by ITSG-Grace2018 is lower. And the absolute errors are mainly distributed in the areas with faster speeds, such as the Antarctic circumpolar circulation, equatorial region, Kuroshio and Gulf Stream areas. After the remove-restore technique was applied to TIM_R6 MDT, the STD of total geostrophic speeds dropped to 0.162 m/s.     

基于热红外视频图像监测的海面溢油识别技术研究

针对现有海面溢油检测技术难以在石油泄漏初期（尚未形成海面大规模油膜覆盖）及时发现油膜的难题,本文在前期基于热红外图像测算海面油膜面积方法研究的基础上,结合油泄漏至海面后油膜的扩散特征,提出了一种基于热红外视频图像监测油膜面积变化以及时识别海面溢油的方法。首先,基于单帧热红外图像处理算法提取海面前景区域（包含油膜区域与相似物干扰区域）并计算各区域所代表的实际物理面积。基于视频图像处理技术跟踪测算前景区域中各连通区域的实际物理面积变化情况,根据各连通区域的面积变化率识别前景区域中是否存在油膜,从而判断海面是否发生溢油。实验结果表明：所提出的方法能有效识别不同黏度的石油泄漏至海面形成的扩散油膜,在水面包含波浪与相似物干扰时也具有良好的识别精度。该方法适用于特定场景下（如码头、船舶等）的溢油事故的鉴别,能为溢油事故的及时发现和预警提供技术支持。     

Hydrodynamic forces on a partly buried cylinder exposed to combined waves and current

The present study extends the investigations of the hydrodynamic forces on a cylinder, laid on, or partly buried in the bed. They were determined by measuring the pressure distribution on the cylinder surface in the case of steady current, waves and coexisting flow. The pressure distribution around the cylinder was measured by using pressure transducers, which were replaced in the cylinder. Force coefficients were obtained for the ranges of Re=0.8×10⁴–1.5×10⁴, for steady current, low KC numbers (KC<5) for wave alone case and, for current-to-wave velocity RATIO=0, 3, 6 and infinity (current) for coexisting flow. The forces were also determined for the various burial-depth-to-diameter ratios between 0 and 0.7 values of the cylinder.