Numerical modeling on hydrodynamic performance of a bottom-hinged flap wave energy converter

The hydrodynamic performance of a bottom-hinged flap wave energy converter(WEC) is investigated through a frequency domain numerical model.The numerical model is verified through a two-dimensional analytic solution,as well as the qualitative analysis on the dynamic response of avibrating system.The concept of "optimum density" of the bottom-hinged flap is proposed,and its analytic expression is derived as well.The frequency interval in which the optimum density exists is also obtained.The analytic expression of the optimum linear damping coefficient is obtained by a bottom-hinged WEC.Some basic dynamic properties involving natural period,excitation moment,pitch amplitude,and optimum damping coefficient are analyzed and discussed in detail.In addition,this paper highlights the analysis of effects on the conversion performance of the device exerted by some important parameters.The results indicate that "the optimum linear damping period of 5.0 s" is the most ideal option in the short wave sea states with the wave period below 6.0 s.Shallow water depth,large flap thickness and low flap density are advised in the practical design of the device in short wave sea states in order to maximize power capture.In the sea state with water depth of 5.0 m and wave period of 5.0 s,the results of parametric optimization suggest a flap with the width of 8.0 m,thickness of 1.6 m,and with the density as little as possible when the optimum power take-off(PTO) damping coefficient is adopted.     

海底输水管道敷设过程中悬浮泥沙对海洋环境影响的数值研究

海底管道敷设过程中产生的悬浮泥沙会对工程海域的水质和海洋生物造成影响.建立了2D悬浮泥沙输移模型,结合水动力模型,对舟山市临城至虾峙岛、六横岛输配水工程中海底管线敷设引起的悬浮泥沙的输移规律进行模拟研究,预测悬浮泥沙的影响程度和范围,为海洋环境影响评价提供依据.计算结果表明:1号工段管道敷设对海水水质影响最大,2号工段...     

围填海溃堤洪水演进数值模拟

围填海工程建于软土地基上,海堤易产生不规则沉降甚至坍塌,而在高水位期间可能发生溃堤灾害。本文采用HLL逼近Riemann解格式计算界面通量和有限体积法离散控制方程建立了数学模型,对围填海工程溃堤洪水运动进行模拟研究。针对浙南某围填海工程,成功模拟了海塘不同位置发生溃堤时的洪水演进过程:溃堤初始时刻,围区内淹没面积和淹没水深增长迅速,其后洪水推进速度放缓,平均水深则经历下降、快速增长、缓慢增长3个阶段变化;并且南堤溃决事故下同时刻平均水深较东堤溃决时高0.3～0.5m,其洪水灾害性和风险性更高。进一步分析双溃口条件下淹没水深的空间分布及其变化规律可知,洪水完全淹没围填海区仅需要60min,溃堤4h后淹没水深可达1.7m,围区东、南部两股水流迅速交汇将会造成较大的人员伤亡,其他区域居民可有15min以上逃生时间。另外,糙率参数在±15%区间变化下,计算平均水深最大变幅为20%,淹没面积最大变幅为14%。研究成果对于减少溃堤突发事故损失,提高工程建设管理水平具有重要现实意义,可为今后围填海工程的安全设计和风险评估提供技术依据。     

钱塘江河口护塘丁坝的研究进展

从作为河道整治或护岸的辅助建筑物的丁坝的原型观测、模型试验到工程实践等多种手段对钱塘江强潮河口段各个历史阶段护塘丁坝的研究成果进行了回顾和总结。钱塘江护塘丁坝技术在抗击强涌潮的过程中被不断推进、发展和创新,为钱塘江海塘的防护发挥了至关重要的作用。     

穿山半岛北侧近岸"回流"现象的二维数值模拟

通过对穿山半岛北部海域定点潮流观测及表层海流漂流迹线跟踪资料的分析,螺头水道南侧的流场可分为3个流区:即主槽的主流区、靠近岸线的回流区及岬角之间的次生回流区,各流区的流场呈现不同特点.基于实测资料,采用正交曲线网格建立了二维潮流数值模型,对研究区的"回流"现象和"次生回流"现象进行了模拟,模拟结果显示:研究区流场模拟计...     

分汊河口的形成机理

从输沙的力学角度探讨分汊河口的形成机理.认为分汊河口系许多因子共同作用所造成,而推移质的造床作用是在河口特定的边界、水流及泥沙输移恰当配合下形成河口沙洲,从而导致河口分汊的主导因子;河流注入海洋时边界突变引起的水流扩散减速则是推移质集中堆积而塑造河口沙洲的外部必要条件;河口悬移质中粘细物质含量丰富并在盐淡水混合环境中絮凝沉降为沙洲堆积增高和稳定提供了可靠保证,故也是分汊河口形成的重要原因.     

中国强混合河口最大浑浊区成因研究

最大浑浊区在潮汐河口普遍存在,并对河床冲淤演变有重大影响.本文在笔者多年研究基础上,首次系统地探讨我国强混合河口最大浑浊区的形成机理.认为此类河口形成最大浑浊区的根本原因在于床面水流切应力(或流速)有规律地先沿程增强继而递减,而潮波不对称引起的相向净输沙是导致泥沙在最大浑浊区聚集的重要因子,絮凝沉降则加强了泥沙的这种滞留富集趋势.此外,细泥沙补给是最大浑浊区发育的物质基础,并主要控制其浓度和规模.     

天文潮与海啸耦合数学模型研究——以东中国海温州湾为例

在COMCOT海啸数学模型中加入潮汐边界条件,建立了东中国海天文潮与海啸耦合数学模型。在琉球海沟内侧设计震级为7.6级的海底地震,根据地震板块的错动方向不同,设计正波先行与负波先行两种海啸波,通过调整海啸波发生时间,使海啸波波峰遭遇温州湾天文高潮位。将天文潮与海啸耦合模型计算结果与线性叠加计算结果进行比较,结果表明:无论正波先行还是负波先行,天文潮与海啸耦合计算相比线性叠加的结果,海啸波的到达时间均有所提前;而从海啸波波高来看,线性叠加的计算结果则比耦合计算结果偏高。     

海洋表层温度剖面数值模拟

遥感测量海水表面温度(SST)需用海表面以下实测温度资料加以校正,由于长时间大范围进行海洋表层海水垂向温度剖面野外观测非常困难,建立经有限资料验证的数值模型十分重要。文章基于美国加利福尼亚湾3组船载光学实验的气象及海温资料,考虑太阳热辐射作用与海表面冷温层效应,建立了一个海表下20m深度范围内水温剖面演变的数值模型。通过冷温层计算合理加密了表层网格,使数值模型更准确地估计海表散热作用。计算结果与野外实测海温资料对比显示,海表剖面测试仪(SkinDeEP)未能准确定位和捕捉海表冷温层,实验方法有待改进。整合模型能准确描述海温剖面的演变趋势,在近海表20cm深度内,特别是与遥感SST相关的近海表1cm深度内,模拟结果优于无本皮肤层模型的计算结果。