浅水区抗拖网ADCP海床基的研制

搭载声学多普勒流速剖面仪(ADCP)的海床基是实现浅水区水文环境长期监测的有效装置。针对现有ADCP海床基不能避免渔业拖网破坏的缺陷,对海床基的结构、功能进行了全新设计,成功研制了新型抗拖网ADCP海床基,并设计了合理有效的布放回收方法。海上应用表明,抗拖网ADCP海床基能够在浅海渔业捕捞区完成水文数据的采集,可实现对海洋环境的长期有效监测。     

基于Flow-3D的抗拖网海床基冲刷数值模拟

基于Flow-3D软件,建立抗拖网海床基沙土基床冲刷的三维数学模型,控制水流流速和泥沙粒径,对不同条件下抗拖网海床基周围沙土基床的冲刷进行数值模拟,并分析了抗拖网海床基最大冲刷深度随这两种因素改变的趋势。结果表明,抗拖网海床基沙土基床冲刷坑深度随海流流速增大而增加,在设定其他条件不改变的情况下,冲刷坑的加深速度随着流速增大会逐渐减缓,最终达到冲淤平衡。同时,由于海底环境复杂多变,导致模型与实际情况有一定的差异,还需在后续的研究中进一步进行优化。     

自平衡抗吸附海床基的吸附力研究分析

针对自平衡抗吸附海床基,结合其在渤海和北黄海近百次的应用,采用Skempton,Terzaghi经验模型和有限元计算模型方法,分析不同底质、不同浸深和不同起吊方式对海床基的吸附力影响。结果表明:(1)海床基的吸附力主要取决于底质粘聚力的大小,相同浸深条件下粘土底质吸附力最大,以下依次为亚粘土、亚砂土、淤泥和砂土。不同底质吸附力相差较大,粘土底质吸附力最大可达172.6 kN,而在砂土底质下吸附力最大仅有20.4 kN。同一底质条件下随着海床基浸深的增大,海床基的破坏位移也随之增大,相应的吸附力也增大明显;(2)相对于Terzaghi模型,Skempton吸附力模型结果与有限元结果更接近,因此其更适合用来估算海床基吸附力的上限解;(3)海床基侧向单点起吊的吸附力仅为竖向对称起吊的44%～47%。     

多孔功能梯度管柱的热-流-固耦合屈曲特性

为了探究功能梯度管柱其热-流-固耦合屈曲特性对稳定性的影响,本文基于Euler-Bernoulli梁理论,研究了多孔功能梯度管柱的热-流-固耦合屈曲特性。分析中采用含孔隙度的Voigt混合模型描述多孔功能梯度管柱的材料属性。基于Hamilton变分原理,获得了多孔功能梯度管柱在热-流-固耦合作用下的非线性动力学控制方程及相应的边界条件。讨论了材料非均匀参数、孔隙度、内流流速、温度和轴向张力等参数对屈曲特性的影响。结果表明：随着孔隙度体积分数的增大,管道的等效弹性模量减小,但是屈曲临界温度、临界流速反而有所增加、而对于幂律指数,其对临界值的影响刚好与孔隙度体积分数相反。     

垂直轴潮流能水轮机直叶片流固耦合分析

在开放海域运行的潮流能水轮机需要应对复杂多变的海洋环境,要有较好的刚度、强度和抗疲劳性能。这对水轮机结构,尤其是为其运行提供动力的叶片结构的设计提出了较高要求。文中建立了垂直轴潮流能水轮机叶片及流场的三维数值计算模型,基于ANSYS商业软件提供的CFX与瞬时结构模块的双向流固耦合分析功能,分析了叶片在不同流速下的流体力学性能,分析了流场的三维效应及其引起叶片升力损失的原因,研究了其结构的刚度和强度特性。还对比分析了使用铝合金和钢材作为水轮机叶片材料的优劣。     

垂直提升管道输送过程中的流固耦合效应分析

以垂直悬臂提升管道为研究对象,应用有限元软件ADINA对其输送过程进行流固耦合效应特性分析。本文应用有限元软件ADINA对扬矿管道进行管内流体—管道—管外流体三者流固耦合模态分析。首先建立了扬矿管道流固耦合有限元模型,得到了不同输送矿石体积浓度、管道截面尺寸下的前6阶固有频率和振型,继而比较了上述条件下三者耦合、二者耦合及无耦合情况的固有频率,讨论了流固耦合作用对管道固有频率的影响。研究结果表明:(1)扬矿管道流固耦合效应下其固有频率随着管内输送矿石颗粒浓度的增大而降低,考虑管内流体—管道—管外流体三者流固耦合时的管道固有频率较只考虑管内流体—管道二者耦合和不考虑流固耦合时要小,影响系数也相应降低;(2)流体对管道流固耦合固有频率的影响程度随着相对厚度d值的增大而减小,在考虑管内流体—管道—管外流体三者流固耦合时管道固有频率较只考虑管内流体—管道二者耦合相对误差增大;(3)在实际的扬矿管道输送中应该考虑输送流体颗粒浓度、不同相对管道壁厚、管内流体—管道—管外流体三者流固耦合作用对固有频率的影响,尽量使管道固有频率远离工作频率,避免共振情况的发生分析结果对扬矿管道的动态响应计算、结构设计和减振研究具有一定的指导意义。     

基于ANSYS的淤泥质海底海床基吸附力研究

为了解决海床基在淤泥质海底的吸附力问题,利用ANSYS软件,采用接触分析、三维十节点实体单元以及Drucker-Prager模型模拟淤泥结构,分析了海床基在淤泥质海底的吸附力大小,然后与经验公式比较,证明了ANSYS对海床基吸附力分析的可行性;海床基在不同工况下的吸附力模拟对海床基的回收方式及结构优化等方面提供了一定的指导。     

基于海床基观测资料的辽东湾东部海流特征研究

基于海床基观测平台,对2010年秋季辽东湾东部海域的海流开展连续观测,并运用谱分析和调和分析方法对该海域的潮流和余流特征进行研究。结果表明:辽东湾东北部潮流属于规则半日潮流;而中东部和东南部两站潮流属于不规则半日潮流。三个站位优势分潮流均为M2分潮,并呈往复流特征;其最大流速介于38~55 cm/s之间,流向为东北-西南,最大流速发生时刻随深度增加而提前。最大可能潮流流速介于91~142 cm/s,流向与岸线走向大致平行。秋季辽东湾东部沿岸余流整体较弱,流向以西南向为主,从北往南三站余流流速分别约为3~5 cm/s,3 cm/s和2~5.5 cm/s。     

基于波-流耦合模型的珠江口悬浮泥沙数值模拟

为研究珠江口悬浮泥沙输运动力机制,本文发展了一套三维波、流、泥沙耦合数值模型。模型结果与观测数据吻合较好,统计显示模型获得良好的评分分值。利用数值模拟研究了不同强迫（径流,波浪和风）对珠江口中悬浮泥沙的影响。模型结果表明,河口重力环流对珠江口最大浑浊带的发展起着重要作用,特别是在小潮期间。另外,径流的增加可导致泥沙向海输运。底部的悬浮泥沙浓度随着波浪底部轨迹速度和波高的增大而增加。由于西滩水深较浅,波浪对西滩悬浮泥沙的影响大于东槽。西南风引起的波浪对悬沙的影响大于东北风引起的波浪的影响,而东北风致流对悬沙的影响略大于对西南风致流的影响。在其他条件相同情况下,稳定的西南风比稳定的东北风更有利于伶仃洋悬浮泥沙浓度的增加;在稳定的西南风下,伶仃洋平均悬浮泥沙浓度约为稳定东北风下的1.1倍。     

流-固-土多项耦合六自由度单、双向静动态加载仪研发与应用

为研究复合加载模式下三维荷载空间内海洋土变形机理与承载能力,自主研发了能够实现六自由度单、双向复杂加载路径的流-固-土耦合静、动态土工试验仪。该设备能够实现多自由度情况下静力与动力的复杂加载路径试验,能够模拟复杂的海洋环境荷载作用。详细的阐述了设备研发原理、多自由度控制模式与技术参数确定中的若干问题,为日后相关土工试验设备的研制提供了参考价值。初步试验结果表明:该试验设备能够较为准确地研究微观情况下海洋土体的变形规律、破坏机理与极限承载能力;设备中的耦合加载控制方法,能够用于研究复合加载模式下三维荷载空间内海床土体的极限承载能力;文中给出的Plc控制模块、采集模块能够较为准确地提高数据的测量与采集精度。     

基于USB2.0的海床基自动监测平台数据接口单元的研究

采用EZ-USB FX2技术,设计开发了基于USB2.0的海床基自动监测平台数据接口方式。采用三态双向门电路控制存储器模块总线复用实现数据访问;采用直接内存读写方法完成数据传输;采用参数存储器完成参数设置。实验证明在数据传输、参数设置以及低功耗控制方面取得良好效果,提高了系统工作性能。     

基于裤式拖网法的虾拖网网囊网目选择性试验与分析

为研究虾拖网网囊网目对主要渔获种类的选择性,于2017年9月在南海区采用裤式拖网法进行选择性试验。在SELECT模型框架下,使用极似然估算法,结合单网次和联合网次的数据,同时考虑网次间差异,估算网囊对主要渔获种类的平均选择性。共完成14网次作业,其中对照网囊之间的渔获性能比较试验4次,试验网囊的选择性试验10次。研究表明:对照网囊的位置对其渔获性能无显著影响;试验网囊对刀额新对虾(Metapenaeus ensis)的网次50%选择体长(L 50)为78.84~92.09 mm,平均为82.38 mm,网次选择范围(SR)为5.01~11.32 mm,平均为6.39 mm,网次相对作业强度(p)为0.44~0.71,平均为0.52;试验网囊对黄斑蓝子鱼(Siganus oramin)的网次L 50为59.20~76.80 mm,平均为71.17 mm,网次SR为5.30~16.87 mm,平均为14.20 mm,网次p为0.43~0.71,平均为0.63。试验网囊对刀额新对虾的网次和平均L 50值均大于其首次性成熟体长(80 mm),可见试验网囊对刀额新对虾的资源利用是合理的。本试验的裤式拖网法和数据处理方法可为今后拖网选择性研究提供参考。     

高分辨率浪-潮-流耦合数值预报系统的业务化运行与检验分析

依据我国独立发展的浪致混合理论,基于MASNUM第三代海浪数值模式和三维POM海流数值模式,研制开发了高分辨率浪-潮-流耦合数值预报系统并进行了(准)业务化运行与预报产品精度检验.该浪-潮-流耦合数值预报系统能够提供全球、西北太平洋和中国近海三个海域不同分辨率的海浪、海流以及温度、盐度等数值预报产品.基于卫星遥感数据、...     

基于鲁棒光流算法的海表流场遥感观测研究

海洋表面流场是海洋科学研究中需要着重考虑的环境参数,近实时的海洋表面流场精细化测量对海洋学研究有着重要意义,但是目前大多数海洋表面流场观测技术难以同步实现大范围近实时的海洋表面流场观测。文中在简要对比各类海洋表面流场测量方法的基础上,重点介绍了基于水色遥感图像观测反演海洋表面流场的鲁棒光流算法,该算法在流场计算过程中,能很好地保留流场细节信息。为直观验证本文测量方法的可靠性,文中提供了海洋表面流场的分析实例,同时给出了美国国家航空航天局(NASA)提供的OSCAR流场数据,对文中算法的可靠性进行了验证。     

环肋椭圆柱壳-流场耦合系统自由振动的解析求解方法

提出了分析环肋椭圆柱壳-流场耦合系统自由振动的一种解析求解方法。环肋通过"刚度均摊"到均质椭圆柱壳体上,考虑流场对壳体振动特性的影响,通过Helmholtz方程描述声介质的波动,建立环肋椭圆柱壳-流场耦合系统的自由振动方程,进而求得耦合系统的自由振动固有频率。为了验证方法的准确性,将水下环肋椭圆柱壳退化成水下环肋圆柱壳和不加肋的水下椭圆柱光壳,两个退化模型的计算结果与已有文献结果吻合良好。并详细讨论了椭圆度、环肋间距等主要参数对耦合系统自由振动特性的影响。     

基于水色遥感最大相关分析的海表流场观测

实时、精细化的海表流场测量对海洋学研究有着重要意义。在简要对比各类海表流场测量方法的基础上,详细介绍了利用水色遥感图像测量海表流场的最大相关系数法(MCC),并利用亚像素方法对该算法进行了有效改进,同时利用本文算法对东海黑潮海域的海表流场进行了分析,验证了本文算法的可靠性。     

码头-缆绳-动力定位船舶耦合系统的时频特性分析

为研究系泊状态下动力定位船舶与码头及缆绳间的耦合作用,采取凝集质量法计算系泊缆索有效张力,设置弹簧阻尼单元用以计算码头碰垫间的非线性反力,应用比例-积分-微分控制系统(PID)进行推力控制。在系泊状态下,以动力定位船舶和无动力定位船舶为研究对象,分析了耦合系统中侧推器对消除因一阶波浪载荷而引起的船舶运动影响的作用;针对动力定位船舶,讨论了码头-缆绳及目标位置两个因素对动力定位船舶的定位能力及侧推器性能的影响。结果表明,在选取合理目标位置的情况下,耦合系统中的侧推器性能及动力定位船舶的定位能力均得到了有效提高。     

基于桁架模型和多孔介质模型的柔性网衣和周围流场单向耦合方法研究

柔性网衣作为渔业养殖的重要组成部分,其水动力的计算分析对网箱的安全使用至关重要。基于桁架模型和多孔介质模型对柔性网衣和流场单向耦合计算的数值模拟方法进行了研究。通过code_aster软件基于桁架模型计算出网衣变形后节点坐标和网衣受力,然后将节点坐标导入OpenFOAM识别出网衣变形后的多孔介质区域,并基于多孔介质模型模拟水流作用下网衣周围的流场和计算网衣的受力。为了验证模型的正确性,将不同工况对圆形网衣的数值模拟结果与物理试验数据进行比较,包括code_aster中计算的网衣变形形状、OpenFOAM模拟的网衣周围流场以及在code_aster和OpenFOAM中计算的网衣受力。计算结果表明,圆形网衣在单纯来流下变形明显,与试验结果保持一致,证明了网衣变形和水动力单向耦合方法的准确性。     

南海北部初级生产力的物理-生物海洋学耦合特征及其对固碳量的影响

通过修订的VGPM模型,利用南海北部7年平均SeaWiFS和AVHRR遥感资料,分析了该海域河口上升流及反气旋涡等生境表层叶绿素浓度和初级生产力的周年变化,结果表明,季风驱动下的物理一生物海洋学耦合过程是控制研究海域浮游植物生物量和初级生产力时空变化的主导因素.浮游植物生物量和初级生产力随着季风、环流以及中尺度涡等物理...     

流加-连续培养的筒柱藻营养成分分析

对筒柱藻(Cylindrotheca fusiformis)的主要营养成分进行了分析,其中筒柱藻中含有的粗蛋白、粗灰分、粗脂肪和粗纤维含量分别占干重的31.96％、15.10％、12.25％和0.85％.结果表明:所测定的18种氨基酸总量为26.60 g/100g干品,占粗蛋白的83.23％;必需氨基酸(EAA)占粗蛋白的30.79％;呈味氨基酸占粗蛋白的42.12％.筒柱藻还含有多种高不饱和脂肪酸,尤其是EPA,其含量为19.43mg/g干品,达到总脂肪酸含量的15.85％.因此底栖硅藻筒柱藻是一种优良的水产动物苗种饵料.