Refraction-Diffraction Mathematical Model for Waves With Lateral Energy Transmission Mechanism and Its Verification

To solve problems concerning wave elements and wave propagation, an effective way is the wave energy balance equation, which is widely applied in oceanography and ocean dynamics for its simple computation. The present papaer advances wave energy balance equations considering lateral energy transmission and energy loss as the governing equation for the study of wave refraction-diffraction. For the mathematical model, numerical simulation is made by means of difference method, and the result is verified with two examples.     

无因次等孔隙体积配产配注方法研究与应用

为了改善注水开发效果差的情况,对无因次等孔隙体积配产配注理论改善注水开发效果的方法进行了研究。针对高30断块油藏,分别使用无因次等孔隙体积法和传统的kh值计算其合理配产配注量,接着采用油藏数值模拟进行了无因次等孔隙体积配产配注法和传统的kh法在该断块油藏注水开发的对比预测。结果表明,相比kh法,无因次等孔隙体积法使油田有效开发时间延长27年,采出程度由22．46％提高到27．94％,提高5．48％,增产原油19．88×10^4t。所以采用无因次等孔隙体积配产配注法比传统kh配产配注法更加符合油藏实际,使有效开发年限更长,最终水驱采收率更高。该方法可以为同类注水开发油藏的合理配产配注提供参考。     

较大尺度下潮流物模试验理论可行性的数值研究

以渤海及其局部海域为例,通过数值模拟量化地转缺失对水动力过程的影响,评价不同空间尺度下实施潮流物理模型试验的理论可行性。结果表明,对整个渤海、辽东湾这么大尺度的海域实施物模试验理论上是不可行的;对90km尺度的渤海湾,地转缺失使模拟结果存在较大偏差;对莱州湾61km尺度的海域可进行物模试验。研究确定60km为实施潮流物模试验一般的理论允许尺度。     

西非深水浮筒和穿梭油轮水动力性能分析

应用三维势流理论及非线性时域耦合分析方法,在西非双方向涌浪和波浪条件下对深水浮筒及穿梭油轮水动力性能进行了数值计算,并与水池模型试验对比。对单浮筒在作业、生存海况下的运动响应进行了准确预报,同时对浮筒和穿梭油轮连接原油外输作业时的波频运动、平面运动给出了合理分析;得到原油外输装置在西非深水海域环境下的水动力响应特性,为我国参与西非深水海洋油气开采提供技术建议。     

万米级深海陶瓷耐压结构水下内爆流场数值模拟

耐压结构是深海潜器的重要组成部分,但在深海的高压环境中却存在内爆的风险。为研究陶瓷耐压结构水下内爆的流场特性,使用针对可压缩多相流问题开发的开源代码,采用直接数值模拟,应用自适应直角网格,对两种压力条件下的耐压结构水下内爆进行了数值模拟。通过低压模拟结果与理论解和试验值比较,验证了模拟方法的有效性,进而开展万米级深海陶瓷耐压结构水下内爆模拟。分析发现：陶瓷耐压结构发生内爆后,其内部气腔存在多次压缩—反弹现象,深海环境压力越大则反弹越不明显;气腔反弹阶段,在结构外部将产生数倍于深海环境压力的冲击波,且传播速度接近声速;冲击波压力峰值与到球心距离呈负指数幂函数关系;在相同深海环境压力下,耐压结构外部监测点的冲击波压力与球体半径呈正比例关系。     

龙口湾水动力特征及其对人工岛群建设的响应

基于龙口湾及附近海域的水文实测资料,利用Mike21数学模型模拟了人工岛建设前后的潮流、波浪、纳潮量及水交换率等水动力特征,探讨了人工岛群建设对龙口湾水动力环境的影响。结果表明,人工岛建设显著改变了龙口湾潮流场特征及水体运动路径,湾内受到人工岛的阻挡,流速普遍减小,局部区域潮流运动形式由往复流变为旋转流,流向变化较大,余流形成多个涡旋;湾外由于堤头挑流作用导致局部区域流速增大且余流流速增大,潮流运动形式未发生明显改变。受人工岛的掩蔽作用,人工岛及附近区域的波浪有效波高普遍减小。龙口湾潮位出现北部最大潮差变小、南部最大潮差增大的格局,壅水作用导致人工岛内部水道潮差变化明显。人工岛建设直接占据了龙口湾海域面积,导致其纳潮量明显减小,水交换率呈现南部和北部增大、人工岛北侧以及内部水道减小的特征,人工岛造成的水动力环境的改变是影响水交换率变化的主要原因。人工岛群建设导致龙口湾内的潮流、波浪、纳潮量以及水交换等水动力特征减弱,是引起龙口湾水动力条件变化的根本因素。     

海冰对海浪影响研究综述

受全球气候变化的影响,极区海浪尤其是北极海浪在过去几十年发生了显著的变化,使得海冰边缘区海冰与海浪的相互作用愈发显著。本文从物理海洋学的角度出发,较系统地总结了海冰对海浪作用研究的国内外现状,从理论和实测的角度分别探讨了海冰对海浪能量的耗散及其引起的波动频散关系的变化,同时分析了当前海冰覆盖海域海浪的数值模拟与现场观测研究,指出了未来开展有冰海域海浪数值模拟与预报所面临的主要问题,并对该方向今后的研究做出展望。总体来看,尽管海冰对海浪作用的机理复杂且与海冰类型高度相关,但是海冰对海浪能量的衰减与传播距离基本呈指数关系,并且海冰会一定程度上影响海浪的传播速度。未来依然需要更多不同海冰类型下海浪的观测数据以开展进一步的机理分析、模型检验和参数校准,进而实现高精度的业务化预报。     

海阳市典型砂质海岸侵蚀机制与防护对策研究

海阳市砂质海岸资源丰富,延绵近120 km,尤以万米沙滩浴场著称,但近年岸滩侵蚀严重影响其社会经济发展.本研究基于海阳市羊角畔两侧长约20 km典型砂质海岸连续3 a的海岸线蚀和典型剖面蚀淤调查,定量化研究海滩侵蚀及其变化,辅以一维数值模型,研究人类活动影响下的泥沙运动特征和海滩侵蚀机制.研究结果表明,调查区42.5％...     

High-resolution simulation of upper-ocean submesoscale variability in the South China Sea: Spatial and seasonal dynamical regimes

Submesoscale processes in marginal seas usually have complex generating mechanisms, highly dependent on the local background flow and forcing. This numerical study investigates the spatial and seasonal differences of submesoscale activities in the upper ocean of the South China Sea (SCS) and the different dynamical regimes for sub-regions. The spatial and seasonal variations of vertical vorticity, horizontal convergence, lateral buoyancy gradient, and strain rate are analyzed to compare the submesoscale phenomenon within four sub-regions, the northern region near the Luzon Strait (R1), the middle ocean basin (R2), the western SCS (R3), and the southern SCS (R4). The results suggest that the SCS submesoscale processes are highly heterogeneous in space, with different seasonalities in each sub-region. The submesoscale activities in the northern sub-regions (R1, R2) are active in winter but weak in summer, while there appears an almost seasonal anti-phase in the western region (R3) compared to R1 and R2. Interestingly, no clear seasonality of submesoscale features is shown in the southern region (R4). Further analysis of Ertel potential vorticity reveals different generating mechanisms of submesoscale processes in different sub-regions. Correlation analyses also show the vertical extent of vertical velocity and the role of monsoon in generating submesoscale activities in the upper ocean of sub-regions. All these results suggest that the sub-regions have different regimes for submesoscale processes, e.g., Kuroshio intrusion (R1), monsoon modulation (R2), frontal effects (R3), topography wakes (R4).     

风浪流中半潜式风机系统动力响应特性研究

以三浮筒(Tri-floater)型半潜式风机系统为对象,采用时域方法,考虑垂荡板的黏性阻尼效应,研究系泊缆直径、长度、预张力和布置方式等参数对其在风浪流中动力响应特性的影响规律,提出了一种系泊参数优化方法。在此基础上,根据东海和南海三个不同水深区域百年一遇海洋环境条件,通过调整Tri-floater型浮式基础的吃水和垂荡板等参数,有效地提高了其运动响应周期,减小了其运动响应幅值。同时,根据风机浮式基础运动幅值的设计规范要求,针对三个不同水深区域特点,设计了Tri-floater型浮式基础的系泊系统。计算结果表明,改进后的Tri-floater型半潜式风机系统能满足百年一遇极端环境下的作业要求,适合于东海和南海海洋环境下海上风能资源的开发。