近岸区波浪场数值模拟的研究与进展

地国内外近年来近岸波浪场数值模拟的几个主要计算模式的研究和进展概况进行了较为系统的阐述,首先对工程实际中经常使用的线性模型和非线性模型的发展,包括其范围、求解途径等方面进行了评述;然后,在论述波浪共存时波、流场耦合计算的基础上,重点总结了在近岸区存在流场时的模拟方法,最后指出了几个可能的可能趋势。     

渤海湾流场以及污染物分布的数值模拟研究

以了弄清渤海湾这一具有广阔潮间带典型海域的潮流以及污染物分布状况,采用考虑“窄缝”的二维动边界潮流和对流对涝海湾流场以及污染物分布的浓度场进行了数值模拟研究并应用潮流以及污染物分布的实测模型进行了验证,数值模拟结果与实测符合良好。     

基于CPFD的甲烷水合物气泡生成特性数值模拟

为了分析可燃冰钻采过程中甲烷水合物气泡生成特性,基于计算颗粒流体力学方法,运用流化床气泡生成技术,分析了流化床定容颗粒密度条件下,不同颗粒浓度、不同颗粒直径对甲烷水合物气泡生成阈值与气泡生成直径的影响。结果表明:计算结果与试验结果验证度可达92%;在本实验条件范围内,任意颗粒物直径下,甲烷水合物生成气泡直径与底层颗粒浓度成正比,任意颗粒浓度下,甲烷水合物生成气泡直径与底层颗粒浓度成反比;海底颗粒物直径对甲烷水合物气泡生成阈值的影响大于颗粒浓度对其影响,气泡生成阈值对颗粒物直径的敏感度更高。文中结论可为可燃冰钻采安全管控提供借鉴意义。     

采用泵喷补偿技术的近底拖体水压场数值模拟研究

采用标准 k-ε 模型,结合 Fluent 软件,对采用泵喷补偿技术的拖体水下被拖行运动所产生的压力场变化进行了数值模拟实验。结果表明：采用泵喷补偿技术对拖体水压场的“马鞍形”分布特性影响较小, 但随着喷水速度的增加,拖体首端压力负值略有增加,而中段的负峰幅值显著增加,当喷水速度达到一定值后,拖体的压力特性曲线已经较为接近期望值,证明泵喷补偿技术具有一定的可行性。     

吕宋海峡流场季节变化的数值模拟

基于海洋模式HYCOM(Hybrid Coordinate Ocean Model),利用大小区嵌套技术,分别对全球海洋和西北太平洋进行了网格嵌套数值模拟,研究了吕宋海峡海域环流场的季节性变化。考虑全球海洋环流影响的西北太平洋模式,成功地刻画了黑潮的流结构及季节变化。吕宋海峡海洋环流流场在不同深度处差异较大,存在着明显的季节变化。黑潮入侵南海主要发生在500m深度以上,冬季最明显,夏秋两季不明显。在500m层常年存在一支南海暖流流入西北太平洋,在800m层南海暖流消失。一年四季黑潮主要通过吕宋海峡的南部和中部进入南海。1 000m层流场表明,黑潮主要通过吕宋海峡的中部入侵南海。在800~1 000m处主要是黑潮水流入南海。     

内孤立波波致流场数值模拟研究

基于KdV、mKdV理论,利用Fluent计算软件,采用"平板拍击"造波方法,进行内孤立波数值模拟,并与物理实验结果进行对比验证。利用数值模拟结果,分析内孤立波波致流场变化,结果表明:上下层流体中波致水平流速方向相反,均呈现先增加后减小的变化趋势,且波谷经过时刻流速最大;在波谷经过断面处,波致水平流速在上层流体中沿垂向分布无明显变化,在波面以下的下层流体中有衰减趋势,但衰减很小;两层流体界面与波谷之间存在过渡水深范围,水平流速在该水深范围内沿垂向衰减明显,且随内孤立波振幅的增大,过渡水深范围有所增大。     

中国近海环流数值模拟研究综述

按照研究时间由早期到现代,研究方法由简单到复杂的顺序,综述了近几十年来海洋数值模拟工作在中国近海所取得的研究成果.目前,通过数值模式已经能够基本合理地模拟中国近海的海洋环流,黑潮、台湾暖流、黄海暖流等的路径、流量,对马暖流源区等问题的特征在数值模拟结果中也逐渐清晰.通过分析已有的工作,认为还存在多项关键技术问题,并受对中国近海环流认知程度的限制,中国近海环流的数值模拟研究还需要进一步的发展和完善.在未来的数值模拟研究中,通过变网格或多重网格嵌套技术,实现中国近海高分辨率的数值模式;应用更加符合实际情况的海洋参数化方案,发展风-浪-流-潮耦合模式;结合资料同化技术,发展预报模式等都应是中国近海环流数值模拟研究的重点发展方向.     

布设间距对人工鱼礁流场效应影响的数值模拟

人工鱼礁在海中不同的布局方式会产生不同的流场效应.通过水槽与风洞模型实验很难对组合鱼礁流场全局进行观测,为此提出1种基于CFD原理的人工鱼礁流场特性的计算机数值模拟方法,模拟了不同流速条件下布设间距对方形组合礁体流场效应的影响.结果表明:数值模拟较好地反映了人工鱼礁周围上升流和背涡流的分布情况;当两礁体布设间距为1.5倍礁体尺寸时,所产生的上升流高度达到最大值;当布设间距为1倍/时,其上升流的影响面积为最大;当布设间距为1.5倍时所产生的背涡流效果最好;两礁体之间的最佳布设间距应为礁体尺寸的1～1.5倍.数值模拟结果与风洞实验结果基本相符,该结论可为人工鱼礁实际投放提供理论参考.     

海啸波数值模拟的研究现状

介绍海啸特点及主要分布状况,对比现在常用的海啸模拟数学模型,并分析数值模拟海啸的研究中存在的问题及研究进展,最后提出对未来进行精确的海啸数值模拟研究的一些展望。     

出流孔型对平板气膜冷却影响机理的研究

为了研究不同孔型对平板气膜冷却的影响,针对圆形,扇形,水滴形,收敛缝形四种气膜出流孔型的流动和传热特性进行了数值模拟。研究结果表明,圆形孔、扇形孔和水滴形孔气膜出口下游出现从中心向上抬升的反向旋转涡对,将主流燃气卷吸进来;收敛缝形孔在侧向的扩张型面使得气膜出流在展向的覆盖更为均匀,这有效地阻止了高温气体的侵入;在相同吹风比下,收敛缝形孔在气膜出口附近区域的平均绝热冷却效率则明显要高于其余三种孔,随着吹风比的增大,这种差距越发明显;孔型对对流换热系数增强比的影响区域仅局限在邻近气膜孔出口大约7倍气膜孔径的范围内。      

湛江近海M2分潮的数值模拟

利用潮汐模型,在高分辨率的自适应曲线网格下,采用潮汐调和常数作为控制模拟精度的方法,模拟了洪江附近海域M2分潮的运动特征。模拟所得的潮汐调和常数同实测值相比,误差较小。根据模拟结果绘制的M2分潮的同潮图,揭示了湛江附近海域M2分潮振幅和迟角的分布特征以及M2分潮的传播和发展规律。模拟得到的M2分潮分别在涨憩、落憩、涨急和落急几个典型时刻的流场,揭示了湛江附近海域M2分潮潮流的分布特征及其运动规律。     

近场水下爆炸对背空圆板冲击作用仿真研究

在一定的假设条件下,圆板在空气中接触爆炸具有理论解;而在水介质中,近场条件下很难推导理论解。 通过 LS-Dyna 近场条件下全过程模拟计算技术研究水下爆炸载荷对水面圆板冲击作用,得到自由场压力、气泡脉动周期及最大半径、水射流速度等典型特征参数的变化规律,与理论分析结果一致。 揭示了气泡第一周期内脉动形态发展变化过程,获取了结构应力响应、圆板结构变形。 该技术可进一步应用于近场水下爆炸对水面舰船的毁伤评估工作。     

分离盘控制圆柱涡激振动的数值模拟研究

圆柱涡激振动问题一直以来备受关注,分离盘作为涡激振动抑制装置得到广泛研究。分离盘长度L与圆柱直径D之比L/D是影响抑制效果的主要因素。运用有限体积法结合RANS方程与一定的湍流模式离散和求解流场,通过编写自定义程序,使用动网格模拟结构物的运动带来的流域边界的变化,针对弹性支撑的圆柱及附加长度为0.5 D的分离盘模型,在约化速度Ur为2.5~13的情况下,对涡激振动及其抑制进行研究。结果表明:分离盘可以抑制甚至消除圆柱涡激振动,99%以上的振幅被抑制;锁定区始点被推后,锁定区变窄;附加分离盘的圆柱阻力和升力被抑制;其斯特鲁哈数(St)稍高于单圆柱St但差别不大。     

高雷诺数下近壁圆柱绕流数值模拟与分析

近壁圆柱绕流问题在海底悬跨管道的研究中具有重要的意义。在绕流阻力、升力以及海底土壤的耦合作用下,海底管道所发生的移位、悬跨等现象对于海底管道的安全运行构成了很大的威胁。正确预测各种绕流条件下管流之间的作用力是保证油气管道安全的首要任务。海底管道在极端海洋环境条件下的管、流相互作用为高雷诺数绕流问题,处于高雷诺数下的绕流模拟比处于低雷诺数下的绕流模拟要复杂很多,它需要更精细的网格以及合适的湍流模型。此文对处于悬跨状态下的海底管道进行数值研究,给出不同间隙比下海流绕流海底管道的流场结构形态,分析了间隙比对绕流阻力和绕流升力的影响,为进一步研究海底悬跨管道的受力和变形提供载荷边界数据。     

Numerical Simulation on the Impact of A Liquid Square on Rigid Plate and Liquid Layer

Fluids and structures impact is one of the common phenomena in nature, and it widely exists in engineering practice,including ship hydrodynamic slamming, wave impact on offshore platforms, plunging wave on coastal structures,emergency landing of aircrafts at sea as well as impact of ultra-cold droplets and ice lumps under aviation conditions.In this paper, a two dimensional (2-D) solver for Navier-Stokes equations is developed and applied in the numerical simulation of the impact on a rigid plate by a liquid square. The computational domain is discretized by Finite Volume Method (FVM). The Volume of Fluid (VOF) technique is used to track the free surface and the PiecewiseLinear Interface Construction (PLIC) is used for reconstruction. The Continuum Surface Force (CSF) model is used to account for the surface tension. The convective term and the diffusive term are upwind and centrally differenced respectively. The Inner Doubly Iterative Efficient Algorithm for Linked Equations (IDEAL) is used to decouple the pressure and velocity. Based on the proposed techniques, collapse of water column is simulated and convergence study is performed for the validation of the numerical solver. Then the impact of a free falling liquid body is simulated, and the effect of volume and initial height of the liquid body is analyzed. In addition, the impact on a plate with a liquid layer is also simulated to study the effect of falling height on a liquid floor.     

Numerical Simulation of Residual Circulation due to Bottom Roughness Variability Under Tidal Flows in A Semi-Enclosed Bay

1 .IntroductionWater pollution has a large influence on water environment and our life ;for example ,it some-times induces oxygen depression,blue tide andredtide in a bay.For water purificationin a semi-en-closed sea ,some new methods to activate the tidal exchange between an inner bay and an outer seaarea by control of a tidal residual current have been proposed (Awayaet al .,1995) . Huthnance(1973) ,Zimmerman (1978 ,1981) , Loder (1980) ,and Robinson (1983) considered cases wherethe fricti…     

Numerical Simulation of Residual Circulation due to Bottom Rouglmess Variability Under Tidal Flows in A Semi-Enclosed Bay

Nowadays there are some chronic serious environmental problems, such as eutrophication, blue tide and so on, in a complicated coastal zone or a semi-enclosed bay, because the water exchanges between an inner bay and an outer sea is weak compared with the supply of contaminant. Under this situation, a method to improve the water quality by 3-dimensional small unsymmetrical structures has been proposed by Komatsu et al. In this paper, several numerical simulations of the tidal current and concentration for various arrangements of bottom roughness in a semi-enclosed model bay are carfled out with a depth-averaged 2-D numerical model. The model is solved by the hybrid finite analytic method with nonstaggered grid. And the SIMPLES algorithm with Rhie and Chow＇ s momentum interpolation technique is used for the simulation. The effect of Komatsu＇ s method for water purification is examined by numerical simulation. The result of numerical experiment indicates that it is possible to generate a new tidal residual current and to activate a tidal exchange by bottom roughness arrangement only.     

A Numerical Model for Mixing Areas of Pollutant Discharging into Tidal Flows

- A combined numerical model for computing mixing areas of pollution vertical jet discharging into tidal flows has been developed. This numerical model is composed of a 2-D depth-averaged dynamic far-field numerical model and a 2-D vertical dynamic near-field numerical model. The former uses finite node method to compute velocity, and improved finite node method to compute pollutant concentration distribution; the latter is a k-e turbulence model, and uses SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations) method to compute velocity. At the same time, the former provides boundary conditions for the latter. This model can simulate both far- field pollutant concentration distribution and near-field vertical recirculation quickly and precisely. This model has been verified by measured data of pollutant F of the Dachang reach of the Changjing River and test data presented by Chen el al. (1992). On the basis of verification, the authors use a designed hydrograph to compute this mixing area for a cer     

不等直径串列双圆柱体绕流的数值模拟

利用Fluent软件模拟雷诺数为200时不同间距比G/D和直径比d/D情况下的圆柱绕流现象。根据模拟结果分析G/D和d/D对圆柱体的涡脱落形态,大、小柱体的升力,阻力系数和St数的影响,结果表明涡脱落形态随着G/D和d/D的变化呈现不同的形式,在G/D小于临界间距比时呈现单一涡脱落形态,在G/D大于临界间距比时,呈现双旋涡脱落形态;临界间距比随着d/D增大而增大。在临界间距比附近大、小柱体的升力和阻力系数值及St数变化较大,大、小柱体的St数具有相同的变化规律,St随着d/D的增大而减小。