复式河道滩地植物对水流紊动结构影响的试验研究

利用室内变坡水槽,精细模拟了复式河道滩地不同植物对漫滩水流的干扰作用,并借助声学多普勒测速仪(ADV)观测了不同垂线、不同测点的瞬时流速,计算了水质点三维相对紊动强度,分析了其变化特征,探讨了滩地不同种类植物对水流内部结构的影响。试验发现,滩地植物改变了复式河道水流内部结构,导致植物带内近床面处各个方向水流相对紊动强度明显减弱,横向因植物丛内阻力和流速变化引起的滩区壅水导致横比降增加,主槽相对紊动强度显著增强;植物淹没条件下水流相对紊动强度沿水深的分布明显存在转折点,此位置可以认为是滩地植物对水流影响的“第二边界”。     

海州湾水流紊动强度和含沙量对沉降速度的影响研究

选取海州湾近岸潮流和含沙量实测资料,分析水体紊动强度与含沙量对近岸絮凝体沉降速度的影响,提出了新的沉降速度确定方法。研究表明：淤海州湾近岸泥沙沉降速率大部分在 0.05 ~ 2.50 mm/s 之间,潮周期内泥沙絮凝体的沉降速度 有明显变化。于含沙量较小时,泥沙絮凝体的沉降速度基本随含沙量的增加而增加;含沙量较大时,含沙量与沉降速度呈现出负相关,无论是大潮还是中潮,当含沙量达到 0.7 kg/m3左右时,絮团沉降速度最大,而随着含沙量的增大,絮团沉降速度开始减小。盂在涨落潮垂线平均流速最大时刻,紊动强度达到峰值,含沙量较低时,随着紊动强度增加,沉降速度也随之增加,大潮期间紊动强度对泥沙沉降速度的影响高于中潮。榆新的泥沙沉降速度计算公式不仅考虑了含沙量,还计入了紊动强度 G,大大提高了沉降速度计算值与实测值的相关性。     

流速分布及锚链自身刚度对弹性单锚链系统变形和受力的影响

在锚链系统中,锚链本身的刚度和水流对其作用是影响锚链变形和受力的主要因素。应用分段外推的数值方法,分别对不同刚度和同一弹性锚链在均匀流作用以及同一弹性锚链在不同流速分布(流速在水深方向呈抛物线分布、对数分布)的水流作用下的变形和受力进行了分析和计算,得出了锚链自身的不同刚度及不同流速对锚链的变形及受力的影响情况。结果表明,刚度对锚链受力及变形影响明显,不同流速分布对锚链的偏移量几乎无影响,但对锚链的受力影响较大,选取抛物线型流速分布对锚链安全有利。     

非淹没刚性植物对规则波传播变形影响实验研究

在海岸带种植红树林等水生植物可以有效的减小波浪对岸滩的破坏,系统全面地研究植物对波浪传播变形的影响是非常必要的。基于波浪水槽实验,探讨了规则波通过非淹没刚性植物波高的沿程变化,分析了水深、入射波高、植物模型密度及分布方式对反射系数、透射系数与波浪衰减系数的影响,同时与孤立波实验数据进行对比。实验结果表明,随着水深的增加,规则波的透射系数增加、反射系数和波能衰减系数减小;随着入射波高的增加,规则波的透射系数减小,反射系数和波能衰减系数增加。在分布方式相同的情况下,植物模型分布密度增加,规则波的反射系数和波能衰减系数增加,透射系数减小。在规则波入射方向上模型布置越紧密,规则波反射系数和波能衰减系数越大,透射系数越小。分析讨论了植物模型对规则波和孤立波的影响,在入射波要素相同的情况下,孤立波和规则波的能量衰减在50%左右,说明植物模型具有良好的消波作用。     

不同水力坡度对丁坝近区水流的影响

采用超声水位和PIV流速测量技术,对不同水力坡度下非淹没丁坝近区的水流结构进行了试验研究。结果表明,随着水力坡度的降低,在坝头处,紊动强度较大的区域逐渐向主流区及上游扩散;在坝后,跌水最低点逐渐下移,漩涡中心向丁坝侧边壁靠近。回流区长度与宽度的变化和水力坡度的变化无明显对应关系,但坝头近壁区的流速与坝后回流区的长度及宽度存在高度响应的线性关系。研究成果揭示了丁坝在不同水力坡度下调整水流结构的机理,同时对各家测量得到的回流区长度不等有了较明确的答案,为工程中丁坝的设计及河道岸线的规划提供了科学依据。     

规则波下刚性植物根茎对边界层最大剪切力特性影响研究

基于考虑根茎影响的近岸植物消波实验,对边界层的最大剪切力特性进行了研究。利用前人提出的规则波下含植物水流的边界层流速计算公式,探究了单独根和根茎组合两种植物模型的边界层最大剪切力特性,分析了两种模型的剪切力的沿程变化、植物对剪切力衰减特性的影响,拟合了衰减系数的公式。研究表明,波浪在通过植物带时,剪切力会出现一定幅度增大,随后逐渐降低。植物对剪切力的消减效果随入射波高的增大而增大,且茎有助于根群对边界层最大剪切力的消减作用,其消减系数的范围为0.06~0.61,拟合的公式更加适用于水深较浅的情况。     

刚性植物分布方式对海啸波消减影响实验研究

在理论分析的基础上通过物理模型实验探究了刚性植物分布方式对海啸波消减的影响。实验中借助孤立波模拟海啸波,分析了矩形、交错、组合三类分布方式下孤立波沿程波高、透射系数以及拖曳力系数的变化情况。结果表明,植物分布密度相等时,孤立波在矩形和组合分布植物模型前的壅高均大于交错分布植物模型。同时,植物分布密度一定时,分布方式将对植物消波产生影响,且植物间横向间距L2比纵向间距L1的影响更大。在雷诺数2000≤Rep≤4000且体积分数小于或等于0.331的条件下,各植物模型的拖曳力系数随植物分布密度的增大而增大。     

高桩挡板透空式防波堤消浪性能数值研究

以RANS方程为控制方程,基于有限体积法,在动量方程中添加源项,建立了具有造波‐消波功能的数值波浪水槽。利用建立的源项造波数值波浪水槽,模拟了高桩挡板透空式防波堤在规则波作用下的消浪效果,完整地再现了堤前堤后的流态,分析了挡板相对入水深度对透浪系数的影响。在与试验值及拉帕公式对比后发现,数模计算结果与试验值较接近,拉帕公式偏大。研究了堤顶相对宽度、相对水深、相对波高对透浪系数的影响并提出修正公式,修正公式与计算值和试验值吻合较好。     

斜向波作用下防波堤衔接段块体的稳定性和沉箱结构上波浪力试验研究

在斜向波浪作用下,防波堤结构衔接段会产生波能集中、壅水和漩涡等复杂的水动力情况,对该区域块体稳定性和沉箱结构产生极不利的影响,本文开展了三维整体波浪物理试验研究,以揭示不同角度斜向波与块体稳定性和沉箱结构受力敏感性的关系.同时将得到的试验结果与规范公式计算结果进行比较分析,得出两者之间的差异性.试验结果可为工程设计中结...     

风浪状态对海面风应力影响的初步研究

利用新近提出的海面风应力系数线性参数化理论,定性地分析了已有风应力和风浪的观测数据。分析发现这些观测数据表明在小波陡的情形下海面风应力系数随风速的变化较大波陡的情形更加迅速。结果定性地倾向于支持Toba等的结果,即成熟的风浪较年轻的风浪更加粗糙。     

不同间距大直径圆筒防波堤波压力试验研究

通过开展物理模型试验,进行不规则波作用下不同间距大直径圆筒防波堤的波峰压力分布规律研究,分析了圆筒相对间距、相对水深、波陡等主要影响因素对圆筒波压力的影响规律,并通过波压力试验值与各家理论公式计算值的比较,进行不同间距圆筒波压力的计算方法研究。基于直立墙结构和大尺度孤立墩柱结构波压力公式给出修正系数以及横向衰减函数的拟合公式,用以计算圆筒周身不同位置处的波压力,从而为工程设计和理论研究提供参考。     

聚焦波作用下平面网衣结构的水动力特性研究

由于沿海区域的限制以及愈加严重的环境污染,渔业养殖正从近海走向深远海。深远海海域的海况更加恶劣,给养殖装备的设计与性能评估带来新的挑战。为解决该问题,对极端波浪与养殖装备网衣结构的相互作用开展研究。基于waves2Foam建立数值波浪水池,极端波浪模拟采用基于NewWave理论的聚焦波模型,网衣结构模拟采用多孔介质模型,并通过与Morison模型计算的网衣受力等效分析,获得多孔介质模拟网衣结构阻力系数的直接估计方法。然后将多孔介质模型嵌入waves2Foam中,开展聚焦波与网衣结构相互作用的数值模拟,同时开展水槽试验,验证数值模拟的准确性。基于数值模拟结果,系统地分析了不同网衣密实度及不同波浪参数下网衣结构的升阻力特性以及网衣结构对波浪场的扰动规律。研究表明：聚焦波波峰幅值和网衣密实度对网衣结构的升阻力影响较大,且升力峰值出现在阻力为0的时刻;网衣结构对聚焦波的时空演化特性有影响,改变了聚焦波波形。     

不同破碎波气液混合区发展特征及其运动特性研究

了解波浪破碎速度场的分布特性对于波浪破碎物理机制的研究极为重要,同时,对比研究不同类型破碎产生的气液混合区的演化特征有利于波浪白冠覆盖率模型的完善。在实验室水槽,生成了深水临界波、单次崩破波和单次卷破波,采用图像测速技术获取了波浪破碎图像、波面下水体和气液混合区速度场。结果表明,崩破波的水平向速度u和垂直向速度v在波峰前和波峰后的分布极为不对称,其水平向最大速度umax并不位于峰顶,而是在主导波峰前0.7$\eta_{\max} $处;卷破波的umax出现在波峰峰顶前端极小的区域内,且该区域与周围区域的速度梯度极大。崩破波和卷破波生成的气液混合区发展特征也存在差异：崩破波的umax值大、影响区域长、混合区厚度较小、各区域影响时间短;而卷破波的各项特征参数与崩破波形成对比。     

波浪辐射应力对海流模式影响的数值分析

将波浪辐射应力,特别是地转意义下的波浪辐射应力引入海流数值模式POM(princeton ocean model),在渤海海域进行了初步的数值研究。在目前的数值分析中仅考虑了波浪辐射应力的横向分量(也是最重要的分量)。在POM模式中引入非地转和地转意义下的波浪辐射应力两种方案,并与原模式直接运行(即不考虑波浪辐射应力)的结果进行比较。比较显示,波浪辐射应力,特别是地转意义下的波浪辐射应力对海流模式结果的影响不容忽略。在海浪场存在的条件下,由风应力和地转意义下浪致作用力共同作用产生的海流强度应比理论上Ekman漂流的强度大,尤其是在浪致作用力显著的表层,表层流将明显增强,且不会完全符合Ekman漂流理论的转向规律。     

温度对不同规格欧鳗消化器官蛋白酶和淀粉酶活性影响的初步研究

本试验设置的8个反应温度组为5℃，15℃，20℃，25℃，30℃，35℃，45℃和55℃，欧鳗分51．5～57．5g，92．5～99．5g，128．5～136g，226～233g4种规格，试验结果表明，蛋白酶活性在4种规格均表现为肠＞胃＞肝，并均随温度升高而增强。在45℃蛋白酶活性最强，其中51．5～57．5g规格组肠蛋白酶活性显著较高．淀粉酶活性，基本上随着温度升高活力升高，温度在25℃时活性最高，以后其活性又开始下降。肝、肠、胃淀粉酶活性在两种较小规格下，胃＞肠＞肝，在较大规格，肝＞肠＞胃。     

斜向和多向不规则波在斜坡堤上的单波越浪量的实验研究

通过三维物理模型实验对斜坡堤上斜向和多向不规则波的单波越浪量进行了研究.实验考察了入射方向为0°~45°的斜向波和方向分布宽度为0°~25°的多向波以及混凝土和扭工字块体两种护面形式.在混凝土护面堤上用Weibull分布函数拟合了单波越浪量的累积频率分布,在影响因素不同的条件下确定了分布函数中的系数和越浪比例,给出了计算单波越浪量的公式,同时对扭工字块体护面堤上大约100个波中最大的单波越浪量进行了估算.