Dynamic analysis of hydrodynamic behavior of a flatfish cage system under wave conditions

This paper presents a simulation model based on the finite element method. The method is used to analyze the motion response and mooring line tension of the flatfish cage system in waves. The cage system consists of top frames, netting, mooring lines, bottom frames, and floats. A series of scaled physical model tests in regular waves are conducted to verify the numerical model. The comparison results show that the simulated and the experimental results agree well under the wave conditions, and the maximum pitch of the bottom frame with two orientations is about 12o. The motion process of the whole cage system in the wave can be described with the computer visualized technology. Then, the mooring line tensions and the motion of the bottom frame with three kinds of weight are calculated under different wave conditions. According to the numerical results, the differences in mooring line tensions of flatfish cages with three weight modes are indistinct. The maximum pitch of the bottom frame decreases with the increase of the bottom weight.     

海流自供电浮标双向轴流叶轮仿真分析

通过CFD计算软件Fluent对叶片进行水动力仿真分析,由叶片压力曲线分析影响翼型效率的主要因素,对比分析选出S翼型,并由此翼型设计了对称S翼型,进行UG建模并通过接口导入Fluent进行叶轮仿真分析,由N-S控制方程及压力云图确定叶片数量。建立Bladed模型,仿真得到不同叶片的叶轮在不同的流速下转矩的变化情况及不同桨距角尖速比与获能效率的关系曲线。最后在实验室有机玻璃导管测试系统得到对称S型叶轮在不同流速下的获能效率。实验结果表明,对称S翼型具有捕获双向来流的能力,在实验流速为2.2 m/s时最大获能效率可达40%。为海流自供电浮标进行了正确选型,提高了效率,所得数据也为之后海试试验提供了理论参考。     

潮流能发电装置支撑结构对水轮机水动力学性能影响研究

水平轴潮流能水轮机在工作过程中,由于支撑结构的存在,会使水轮机周围流场中的潮流流向、流速等参数发生不同程度的改变,进而影响水轮机的性能和发电装置的稳定性。为了研究支撑结构对水轮机水动力学性能的影响规律,以某100 k W单立柱座底式潮流能发电装置的支撑结构为研究对象,采用CFD方法,分别在正、反向来流时采用不同支撑结构的共六种工况下,对潮流能水轮机模型的获能和受力进行数值模拟。通过水槽模型试验,验证数值模拟的可靠性。研究结果表明:支撑结构对水轮机的水动力学性能的影响不容忽视,针对所研究的支撑结构,在正向来流时水轮机的获能系数降幅约30%,轴向力系数降幅约28%;反向来流时的降幅更大,分别约为63%和41%。     

珊瑚礁地质稳定性研究现状

为探究珊瑚礁稳定性的研究现状,对影响礁体稳定性的诸多因素如礁体结构、地形地貌、波浪、潮汐、潮流、风诸如热带气旋和风暴、海流等进行总结,结果表明以上诸多因素可在不同程度上决定或影响礁体稳定性。同时指出现阶段礁体稳定性研究所需注意的问题,其一是涉及珊瑚礁地质稳定性的礁体结构、地貌形态的研究尚少,需合理利用多波束测深仪、高分辨率多道地震探测系统、钻探及AUV、三维实时声学成像声呐技术获取礁体地形、地层及剖面形态,并借助GIS技术对滑坡等失稳地带进行圈定,其二是潟湖区、礁体边坡等区域的稳定性研究缺乏,需引入极限平衡法评估礁体边坡、泻湖等区域的稳定性,且需考虑波浪、潮汐引入的孔隙水压力、渗流力的影响。通过综述礁体稳定性研究现状及未来礁体稳定性研究的方向的展望,以期为珊瑚礁体上的工程建设及未来的珊瑚礁地质稳定性研究提供些许启示。     

细颗粒泥沙动水絮凝的机理分析

本文首先阐述由环形水槽试验所得出的细颗粒泥沙动水絮凝的若干规律。然后进行絮凝体形成和破碎的机理分析。从而得出产生动水絮凝的充分、必要条件:一是泥沙和电介质的物理、化学性质;二是絮凝体的抗剪能力大于所受到的剪切力,由此引出动水絮凝临界流速的概念。     

近百年来南极威德尔海北部水动力环境演变

南极威德尔海水动力环境的变化及其对全球变化的响应有着重要的意义,近百年来以全球变暖为特征的全球变化已经影响到该地。对南极威德尔海北部ANT28-D5-6短柱沉积物进行了²¹⁰Pb测年、粒度参数和冰筏碎屑物含量的测试分析。结果显示威德尔海北部在近百年时间内(1922—2011年)水动力环境发生了显著的转变。在1922—1972年间,威德尔海北部处在高能高速动荡的水动力环境,并携带沉积了大量的冰筏碎屑物,对应了全球温度变化相对较低的阶段。但在1930—1936年间和1946—1952年间发生了2次水动力减弱事件。1939年和1950年两次冰筏碎屑物含量的增加可能与太阳活动峰年引起的威德尔环流经向增强有关。1972—2011年威德尔海北部处在较为平静的弱能状态,对应了全球气温持续升温的阶段。1955—1972年威德尔海水动力环境处在从高能动荡的状态向低能静水状态快速过渡的阶段。     

海山对水动力场影响的数值实验

采用普林斯顿海洋模式对海峡中过海山的流场变化进行模拟。通过数值分析不同条件下海山周围的流场分布变化特征,并讨论了其相应的形成机制。在无海山存在的平底海峡中,无论是否考虑科氏力,海流流向均不发生偏转,但水位分布有明显差异。海山存在的情况下,若考虑科氏力效应,则会形成环绕海山的顺时针环流,并在海山周围有泰勒柱形成。当入流速度不同时,流场特征发生明显变化,流速越小,泰勒柱越明显,在合适入流条件下,在海山后方的尾流区会有涡生成。     

A Kalman Filter Approach to Realize the Lowest Astronomical Tide Surface

In this paper , we present a novel Kalman filter approach to combine a hydrodynamic model-derived lowest astronomical tide (LAT) surface with tide gauge record-derived LAT values. In the approach, tidal water levels are assimilated into the model. As such, the combination is guided by the model physics. When validating the obtained “Kalman-filtered LAT realization” at all tide gauges, we obtained an overall root-mean-square (RMS) difference of 15.1 cm. At the tide gauges not used in the data assimilation, the RMS is 17.9 cm. We found that the assimilation reduces the overall RMS difference by ～ 31% and ～ 22%, respectively. In the Dutch North Sea and Wadden Sea, the RMS differences are 6.6 and 14.8 cm (all tide gauges), respectively. Furthermore, we address the problem of LAT realization in intertidal waters where LAT is not defined. We propose to replace LAT by pseudo-LAT, which we suggest to realize similarly as LAT except that all water level boundary conditions and assimilated tidal water levels have to be enlarged by a constant value that is removed afterward. Using this approach, we obtained a smooth reference surface for the Dutch Wadden Sea that fits LAT at the North Sea boundary within a few centimeters.     

微生物诱导矿化加固粉土坡面的径流与侵蚀特性

微生物诱导碳酸盐沉淀（MICP）是一种微生物矿化过程,能够胶结松散土体。将其应用于加固土体坡面提高抗降雨侵蚀能力具有潜在的发展前景。通过模拟降雨冲刷试验,对微生物诱导矿化加固前后粉土坡面的径流水动力与侵蚀特性开展研究,分析和讨论了水动力参数之间的相关性以及对土壤剥蚀率的影响规律。结果显示,加固后与加固前相比,粉土坡面径流的弗劳德数平均下降50%;在降雨前期的阻力系数平均下降66%,径流稳定后二者阻力系数接近;径流剪切力平均提高52%。径流系数与坡面入渗速率呈线性负相关（R²=0.857）,与加固层的贯入强度呈指数负相关（R²=0.824）;入渗速率与加固层的贯入强度呈二次负相关R²=0.930）;径流剪切力与坡度呈指数正相关（R²=0.964）。加固粉土坡面的剥蚀率与加固层的贯入强度呈指数负相关（R²=0.822）,与径流剪切力线性正相关（R2=0.912）,临界径流剪切力为0.5 Pa。对于坡度10~25°的粉土坡面,微生物加固能将其剥蚀率从58.2~118.4 g/m2s降至2.4~21.2 g/m2s,剥蚀率最大降幅可达95.0%。粉土坡面经微生物诱导矿化加固后,水动力参数值发生显著变化,径流特性与水动力参数、加固层特性及坡度相关,坡面的抗冲刷侵蚀性能得到有效提升。     

三峡水库蓄水期洞庭湖出湖水量变化

基于长江与洞庭湖一、二维耦合水动力模型,模拟了三峡水库蓄水前后洞庭湖湖区的水文过程,定量分析了蓄水期三峡水库蓄水与洞庭湖出湖水量的响应关系。结果表明:蓄水期三峡水库蓄水减少了荆江三口进入洞庭湖的水量,同时也改变了洞庭湖湖容变化的速度;相比还原情况,各典型年下9-10月洞庭湖出湖水量均明显减少,且10月份减少幅度大于9月份,11月变化不显著;9-10月荆江三口水量变化是洞庭湖出湖水量变化的主导因素,而11月主导因素是湖容的变化。通过多元回归分析,构建了三峡水库蓄水量与洞庭湖出湖水量、湖容变化量的响应关系,在湖容不变情况下,洞庭湖出湖水量减少量约为三峡水库蓄水量的23%。