海洋环流和潮,余流数值计算中海区内较小尺度建筑物的一种处理方法

在海洋流场数值计算中，当流场中建筑物尺度相对平面网格步长太小时，计算中难以引进其作用，在所得计算结果中难以反映其影响。本文依据流量连续、能量守恒规律，通过水力学物模实验，求得建筑物存在情况下的谢才系数Ｃ，解决了计算中的难题。     

线弹性土壤中埋设悬跨管道的弯曲和振动特性

利用细长梁小挠度理论,研究给出了两端埋设在线弹性土壤中的悬跨段管道和埋设段管道在自重作用下的变形和内力公式。基于静挠度公式,用能量法给出了第一阶弯曲振动的固有频率公式。讨论了不同土壤刚度条件下悬跨段管道的变形和内力特征,以及第一阶弯曲振动固有频率,并和工程上推荐使用的简支梁和两端固支梁的静动态特性进行比较。研究表明在跨度大、土壤刚度大、管道弯曲刚度较小时无量纲土壤刚度系数较大,埋设段管道对悬跨段管道的刚度约束比较大,悬跨段管道可以近似按两端固支梁模型来模拟;反之,只有在土壤刚度系数较小的几个参数点上,悬跨管道的静动力特性等价于简支梁模型。     

旅顺双岛湾潮流数值模拟与参量辨识

基于潮流运动与水深变化动力系统的数学模型,建立了关于谢才系统与开边界函数选取的辨识模型。尝试性地给出了潮流数值模拟中处理边界的一种有效方法。研制的软件对旅顺双岛湾实施的模拟结果与实测数据符合良好。     

悬链线管体三维流场数值模拟研究

基于计算流体力学开源代码Open FOAM开展不同雷诺数(100≤Re≤3 900)下弯曲管体绕流流场三维数值模拟研究。对比分析不同雷诺数条件下弯曲管体的瞬时和时均流场特征,研究了弯曲管体不同位置处的时均压力系数和旋涡脱落频率。结果表明:当Re=100时,尾流中仅有展向涡存在;当300≤Re≤3 900时,流向涡出现且强度逐渐增加,展向涡减弱,随着局部曲率增大,沿弯管展向涡脱强度减小。随着雷诺数的增大,回流区沿流向的延伸尺度减小,但其沿展向的分布范围增大。沿弯管展向随着深度减小,前后驻点时均压力系数的绝对值递减,圆周时均压力系数变化幅度减小。在300≤Re≤3 900范围内,管体曲率会对展向涡脱频率产生一定影响。     

渤海潮混合数值模拟——Ⅱ.渤海主要半日分潮数值模拟中有关问题的处理

正确地模拟出渤海潮流场是解决渤海污染扩散数值计算的关键问题,而在潮波数值模拟中,主要是如何正确地选取适合渤海区域自然条件的糙度系数和水平粘滞系数。我们采用数值模拟的方法,求出了渤海潮波数值模拟较好的糙度系数和水平粘滞系数,并对数值模拟中选用的空间网格大小、时间步长以及不同边界的划分进行了数值试验。另外,     

SWAN模型中不同风拖曳力系数对风浪模拟的影响

本文以荷兰哈灵水道海域为实验区域,通过敏感性实验,研究了在14 m/s、31.5 m/s和50 m/s（分别代表一般大风、强热带风暴和强台风的极端条件）定常风速下SWAN模型中不同风拖曳力系数对风浪模拟的影响程度。结果表明,对于近岸浅水区域（水深小于20 m）,风拖曳力系数计算方案的选择对有效波高影响较小,而且当风速增加到一定程度后,波浪破碎成为影响波高值的主要因素;对于深水区域（水深大于30 m）,一般大风条件下风拖曳力系数计算方案的选择对有效波高影响仍然较小,随着风速的继续增大,风拖曳力系数计算方案的选择对有效波高的影响逐渐显著。对于平均周期,风拖曳力系数计算方案的选择和风速的改变对其影响均较小,而由水深变浅导致的波浪破碎对其影响较为显著。根据敏感性实验结果,本文对SWAN模型中风拖曳力系数计算方案的选择做出如下建议:计算近岸浅水区域风浪场或深水区域一般大风条件风浪场时,其风拖曳力系数可以直接采用模型默认选项;而对于深水区域更大风速条件,可首先采用模型默认选项试算,然后结合当地海域实测波浪资料进行修正。     

波浪场中污染物混合系数的实验研究

海岸区域的波浪引起的污染物的输移扩散存在不同于水流的情况特征.通过物理模型实验研究了不破碎波浪和破碎波浪中污染物输移扩散的混合系数,提出了确定混合系数的方法,给出了不破碎波浪和破碎波浪两种情况下混合系数经验公式,并与他人的结果进行了对比,结果吻合.     

基于模拟退火和区域划分的海表流场反演算法研究

经典的海洋表面流场迭代反演算法采用固定的校正系数对探测区域进行整体分析和计算,因此耗时较长且反演精度也受到了一定程度的限制。本文提出利用模拟退火算法对反演过程中的校正系数进行优化,使其能根据每一次反演的结果进行自适应的调整和改变,从而减少迭代次数;同时根据流场分布的特点,提出划分探测区域的反演方法,最终,在经典算法的基础上给出了改进的海表流场反演算法。仿真反演实验结果表明,改进后的反演算法,其时效性和精度都有了明显提高。     

导管架海洋平台自振特性的简化计算方法

本文提出了一个方程中只考虑剪切、弯曲、转动惯量效应，而塔架形状变化、平台面转动惯量及台面集中质量变化等其他影响因素均以修正系数方法确定，得出平台基本频率的简化算法。     

海洋平台结构的冰力作用模型

首先分析了工程中静冰力计算中普遍应用的Korzhavin -Afanasev公式和Schawz公式 ,提出了统一的静冰力模型 ,给出了挤压破坏、屈曲破坏和弯曲破坏冰力系数函数CI(t)。应用该冰力模型分析了自激振动产生的条件 ,指出冰屈曲破坏和弯曲破坏动冰力可以作为强迫振动模型 ,冰挤压破坏动冰力则需要考虑CI(t)与冰阻尼的耦合效应。最后应用冰力一般模型计算单自由度结构的响应     

海洋柔性立管弯曲加强器参数敏感性分析

针对海洋立管弯曲加强器所受环境载荷与功能载荷的特点,基于有限元法对某海洋柔性立管弯曲加强器结构进行数值分析。通过有限元分析软件建立了弯曲加强器与柔性立管组合等效模型,重点讨论了弯曲加强器的设计参数对其自身防弯性能的影响,根据弯曲加强器的曲率及柔性立管的应力分布,对弯曲加强器结构进行优化设计,得到结论可供设计参考。     

多波束声呐图像条带中央和边缘残差处理方法

多波束声呐图像是进行海底底质分类的主要数据源之一,由于受海洋噪声、声波散射和混响、仪器设备等因素影响,其经各项常规改正后仍存在明显残差,突出表现在中央波束区和条带重叠区,难以形成高质量的声呐图像。文中分析了多波束声呐图像残差的成因及影响,提出了一种基于多条带最小二乘拟合的多波束声呐图像残差处理方法。首先,得到相邻声脉冲(ping)信号中央区域、重叠区域以及整体趋势的拟合函数;然后,通过拟合函数计算得到中央和重叠区域的残差改正系数;最后,通过改正系数进行残差改正。实验分析表明,该方法在保留原始细节的基础上,有效削弱了残差对声呐图像的影响,对多波束声呐图像处理具有参考和应用价值。     

POM模式在日本南部黑潮路径变异研究中的应用

日本南部黑潮路径变异对北太平洋地区的气候和环境具有显著的影响,对黑潮路径变异的研究具有重要的意义。本文利用POM(Princeton Ocean Model)数值模式模拟了日本南部黑潮的路径变异情况,分析了黑潮大弯曲路径形成的可能机制。研究结果表明,当黑潮处于非大弯曲路径时,相对位势涡度的平均值呈现递减趋势,说明日本南部低位势涡度水在不断积累,这样会使得四国再循环流的强度增强,迫使黑潮保持平直路径,同时,近岸黑潮垂直流速剪切增大,斜压不稳定性的作用也逐渐增大;当黑潮从非大弯曲路径向大弯曲路径过渡时,再循环流强度的减弱会导致黑潮的流速剪切减小。根据海表高度异常场以及海洋上层流场信息发现,近岸黑潮附近的气旋涡会随着再循环流区域反气旋涡的东侧向南运动,最终导致黑潮大弯曲的发生。分析涡流的能量,结果显示,黑潮大弯曲路径的形成与斜压不稳定性密切相关。     

时域内规则波作用下竖直板的水弹性响应

在线性势流理论下,采用模态叠加法,通过傅里叶变换和拉普拉斯变换推导了波浪冲击作用下弹性板振动的时域耦合方程,并利用二阶隐式荣格库塔法求解。在对比得知与其他方法结果完全吻合基础上,分析了竖直板初始弯曲释放后,板的边界条件和刚度系数对板振幅以及辐射波高的作用,最后对入射波长对板的振动及辐射波高影响进行了研究。结果表明板的刚度和边界条件对水弹性响应有很大的影响。     

水系划分的剖面相似系数聚类法

提出一种基于温度剖面相似系数的水系划分方法。基本思想是:将各温度剖面视为独立样本,各深度数据为样本变量,先基于划分区域水文特征选取合理数量的水系中心剖面,再利用各样本与各中心剖面相似系数大小进行聚类,得到各水系划分数据集合;利用几何平均求得各水系集合新的中心剖面,重复剖面相似系数聚类过程,直至中心剖面不再变化为止。最后利用国家海洋信息中心发布的中国近海CTD温、盐产品对该方法进行试验,并对聚类得到的各类温度剖面展开讨论。结果较好的反应出各区域温度剖面特征,综合体现出东海各区域温度大小、海流、水团和水深特性。     

水系划分的剖面相似系数聚类法

提出一种基于温度剖面相似系数的水系划分方法。基本思想是:将各温度剖面视为独立样本,各深度数据为样本变量,先基于划分区域水文特征选取合理数量的水系中心剖面,再利用各样本与各中心剖面相似系数大小进行聚类,得到各水系划分数据集合;利用几何平均求得各水系集合新的中心剖面,重复剖面相似系数聚类过程,直至中心剖面不再变化为止。最后利用国家海洋信息中心发布的中国近海CTD温、盐产品对该方法进行试验,并对聚类得到的各类温度剖面展开讨论。结果较好的反应出各区域温度剖面特征,综合体现出东海各区域温度大小、海流、水团和水深特性。     

台湾海峡及其邻区岩石圈层下地幔流应力场

本文应用卫星测到的2～30阶球谐函数系数(GEM8) 计算了台湾海峡及邻近地区的岩石圈层下地幔流应力场。在比较了该区域的构造地质以后,发现应力场的方向,尤其是在板块收敛区域的甚高阶场(26～30阶)的方向与在菲律宾海和南海等区域的板块运动方向一致。     

基于自组织映射的日本南部黑潮与黑潮延伸体的典型时空模态及其因果关系研究

过去的研究认为,黑潮延伸体的年代际振荡受来自其下游的太平洋年代际振荡（PDO）相关联的信号主导,但最近的观测表明这种调控机制在2017年9月之后不再成立。与此同时,黑潮延伸体的上游即日本南部黑潮正在发生一次大弯曲事件。利用26年（1993–2018年）的卫星高度计提供的海表高度距平数据和自组织映射（SOM）方法,本文研究了日本南部黑潮与黑潮延伸体的时空模态及其因果关系。结果表明,SOM能有效地提取两个海区的典型空间模态,且它们的演变轨迹表明当日本南部黑潮处于大弯曲（离岸型非大弯曲）路径时,黑潮延伸体趋于稳定（不稳定）态。基于SOM识别得到的海表面高度距平（SLA）特征区及特征时间模态,我们进一步利用一种最近发展的定量因果分析方法研究了两个流系之间的因果关系。研究发现,当黑潮大弯曲发生时,日本南部黑潮和黑潮延伸体之间存在双向因果,但因果关键区不同。前者对后者的影响集中在纪伊半岛东南侧及黑潮延伸体“两脊一槽”区域,而后者对前者的影响则集中在黑潮延伸体“两脊一槽”区域及黑潮再循环流区域。这说明黑潮大弯曲的发展对黑潮延伸体的稳定性有重要作用,同时黑潮延伸体通过调制南部再循环流影响日本南部黑潮的...     

自然对流条件下冰水界面换热系数的试验研究

在冰脊的固结过程中,由于接触面积与温差的大幅提升,冰水之间的换热强度显著增强。本文通过浸没试验对自然对流条件下冰水间的换热系数进行了研究。在试验过程中,对试样内部的温度分布与体积变化分别用温度梯度测试系统与数字图像进行测量。为研究初始条件对换热系数的影响,分别采用不同初始温度与厚度的试样在瞬态热传导的环境下进行测试。试验结果表明,换热系数与表面温差呈指数增长,且在本文试验条件下的变化区间为0.3~175 W/（m2·K）。试样的初始温度及厚度并不是影响换热系数的直接因素,而其根本因素为流-固界面的边界层状态。在自然对流状态下流体的驱动条件是热胀效应,即当边界层存在温度差时,虽然外界并不存在扰动流体状态的因素,但由于液体自身温差引起的密度差进而驱动流体运动并影响了换热系数。随着边界层温度梯度的增加,边界层的影响区域扩大,从而导致了较高的换热系数。     

钱塘江河势变迁与径潮流相互作用研究

基于平面二维水沙床耦合地貌模型,反演了1958年1月至1964年12月连续枯水年期间钱塘江尖山河段的主槽摆动过程,揭示了河势由顺直到弯曲的主要演变规律和内在机制.结果表明,在低径流和强潮流作用下,丰水年形成的北部落潮槽逐渐淤积形成浅滩,南部涨潮槽冲刷发展形成南、北两支,两槽间江心滩发育壮大,形成弯曲河势.河床冲淤主要集中在前两年内,潮汐周期内涨潮初期冲刷、涨憩和落潮初期淤积,区域淤积泥沙主要来源于下游杭州湾,北槽前期淤积为落潮型淤积,后期为涨潮型淤积.河势变化使得区域潮差增大潮动力增强,南槽涨落潮流速显著增大.顺直河势下,江心滩南北两侧分流比差异不大,涨潮期间南侧略高、落潮期间北槽略高.弯曲河势下,南槽水深和纳潮量增加,涨、落潮分流比均显著增大至75％以上.