二维平面非恒定流数学模型的遥感水位数据同化

为了在水流计算中定量化利用遥感水位数据,基于偏微分方程最优化控制理论建立了变分模型来融合二维平面非恒定流的数学模型和数据。根据遥感数据空间信息密集的特点,提出遥感水位数据同化的新算法。采用人工合成数据考察了面域遥感数据对于定常参数和时变两类参数的反演效果。试验结果表明,遥感数据提供的空间分布式信息有利于空间分布式参数的反演识别,而且通过引入考虑水面空间变化信息的附加项,可以改善观测信息的同化,更好地辨识时变参数(流量过程)。以Moselle河的RADARSAT卫星遥感水位数据检验了模型的实用性。     

用Gao-Yong湍流方程组数值模拟高雷诺数顶盖驱动方腔流

基于有限元方法中的虚位移原理,写出了不可压流Gao-Yong湍流方程组弱形式的微分方程表达式,利用有限元程序自动生成系统(FEPG)得到了全部有限元计算程序。对二维顶盖驱动方腔流进行了数值模拟,得到了方腔内的涡量分布和中心线上的速度变化曲线,并且成功地模拟出了高雷诺数时方腔内的双涡结构,计算结果与文献提供基准解符合良好。进一步证实了Gao-Yong湍流方程组能够准确模拟复杂湍流粘性场,并且为Gao-Yong湍流方程组的工程应用奠定了基础。     

运动学涡度的理论与实践

一般剪切作用下,碎斑或顺剪切作用方向向前或逆向旋转向两特征方向或流脊(非旋转方向)靠拢。高应变条件下,二长比大于一特定值的碎斑,当其顺向或逆向旋转至以特征方向为渐近线的双曲线的稳定翼上时,便稳定下来不再旋转。二长比小于该值的碎斑将不断向前旋转。这一特定值位于该双曲线的顶点,相应的临界形态因子(B*)或/和两特征方向间夹角的余弦定义为运动学涡度(Wk)。Wk是确定一相关韧性变形带纯剪切和简单剪切组分相对大小的重要度量,是根据内旋转(涡度)与线应变速率之间的比值而定的数值度量。就变形带而言,一般剪切带的运动学涡度变化为0~1,纯剪切为零,简单剪切为1。这是一非线性尺度,纯剪切和简单剪切各占50%的运动学涡度为0.71,而不是0.5。运动学涡度可通过计算、图解(双曲线网(PHD)、刚性颗粒网(RGN)法、Passchier图解、Wallis图解)、极摩尔圆法和应力或瞬时增量应变方向获得。运动学涡度与有限应变测量相结合很可能是估算一地地壳减薄/伸展量或增厚/缩短量的最佳途径。变形过程中运动学涡度很可能变化,应根据不同时期形成的构造获得相应时期的运动学涡度。     

半干旱区不同类型沙丘风沙流结构特征

采用两种阶梯式集沙仪和小型气象站于2017年4—5月对科尔沁沙地流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘0~75 cm气流层风沙流的总输沙量、输沙率、粒径组成分布和风蚀特征值进行了观测。结果表明：（1）随着高度增加,总输沙量下降,随着风速增加,总输沙量上升;92.20%~95.60%的输沙量发生在0~21 cm高度。（2）总输沙率（Q）流动沙丘>半固定沙丘>固定沙丘,将Q与地上200 cm风速进行函数拟合,流动沙丘幂函数最佳（R²=0.986）,半固定（R²=0.990）和固定沙丘（R²=0.956）指数函数最佳。（3）将各高度的输沙率与地上200 cm风速进行函数拟合,流动沙丘（R²≥0.905）和半固定沙丘（R²≥0.968）拟合度幂函数好于指数函数,固定沙丘（R²≥0.923）指数函数优于幂函数。（4）在一定高度下,3类沙丘输沙率均随着风速的增加而增加;在一定风速下,输沙率随着高度的增加而逐渐递减。（5）3类沙丘的特征值随着风速的增加呈现出逐渐递增的趋势;流动沙丘以λ>1为主,表现出持续侵蚀输送沙粒的能力;半固定沙丘当风速>9.0 m·s^-1时逐渐出现侵蚀状态;固定沙丘以λ<1为主,近地表风沙以堆积状态为主。（6）3类沙丘主要由粒径为0.1~0.25 mm的细沙构成,在0~30 cm高度,细沙占输沙量的50.09%~85.11%,在30~75 cm高度,细沙占输沙量的43.53%~75.53%。     

稠油注蒸汽吞吐和蒸汽驱力学问题研究

对水-水蒸汽两相流体流经配汽孔过程的能量分析,导出配汽孔面积与地层压力之间的关系;应用气液两相流体力学和传热学的原理,建立了井筒内的能量方程及分层配汽井筒工况分析的数据模型;根据动平衡理论,设计出一种新型的自动调节配汽器,实现固定配汽比例的目的。     

普通黑烟囱热液系统及巨羽流形成的基本数学模型

建立了一种新的管状模型来模拟普通黑烟囱体的热液循环系统,分别用达西方程、湍流方程、Ergun方程和“浮压力差”方程来描述热液循环不同关键环节处的动力学系统,用一个温度场的对流-扩散方程来描述反应区的热能交换及系统的温度变化规律.在联立几个方程并用有效的数值算法及Matlab语言编程求解后,得出了系统中温度、压力及物质流速随时间的变化曲线,并对黑烟囱体内部的动态热平衡和压力平衡进行了分析.在普通黑烟囱体系统模型的基础上进一步建立了巨型羽状流(巨羽流)生成的数学模型.选择胡安·德富卡(Juan de Fuca)洋脊热液喷口对巨羽流的形成进行了模拟,其结果与Baker根据实测数据估算的近似值吻合很好.在上述模型的基础上进一步探讨了巨羽状流形成的一系列条件及主要参数对巨羽流生成周期、温度和最大物质流速等的影响.主要结论如下:巨羽流系统可以由普通黑烟囱系统发展演化而成,其实际过程是普通黑烟囱流系统活动所形成的热液沉积在一定程度上会堵塞热液喷溢通道(相当于形成盖层),造成热液在海底之下积蓄和升温,从而导致浮压力差增大,经过2~3 a(浮压力差达到盖层破裂极限值)则可形成巨羽流系统,巨羽流产生时的热源温度必须超过500℃,喷出热液的最高温度为413℃左右(与实际观测到的海底热液的最高温度一致).当反应区热源温度增大时,产生巨羽流的临界时间明显变短(可能不到1 a),而临界温度(巨羽流生成时的温度)及巨羽流的最大物质流速几乎不随其变化;随着渗透率的增大,巨羽流的最大物质流速也随之增大,但其增速随渗透率的进一步增大而变缓,并逐渐趋向一个相当于下渗流无摩擦阻力时的极限稳定值.     

波生流对海岸污染物输移的影响

通过物理模型实验对海岸波浪作用下污染物运动特性进行了分析,重点分析了质量输移流、沿岸流、沿岸流不稳定运动及破波带内旋涡运动等海岸水动力因素的影响.实验中坡度分别取为1:100和1:40,实验中采用CCD摄像机记录墨水的运动轨迹,同步测量流体质点速度以及波面升高.实验表明,在破碎带外污染物主要受波浪非线性引起的质量输移流的影响;在破碎带内主要受沿岸流的影响,同时还受沿岸流不稳定运动及大尺度旋涡运动的影响.     

山东半岛东北部滨浅海区表层沉积物粒度及矿物成分

对山东半岛东北部滨浅海区海底表层沉积物的粒度和矿物组分进行了分析,探讨了其物源及其粒度分布特征与沉积动力条件的关系。结果表明,本区表层沉积物主要来源于现代黄河物质,底质类型主要有黏土质粉砂、砂质粉砂和粉砂质砂3种类型,其中黏土质粉砂约占该区沉积物分布面积的60%以上,呈“Y”形由西北向东南展布。研究区沉积作用的主控因素是黄海沿岸流,各粒级组分的分布和粒度参数特征与海流的方向和强弱有明显的相关性。     

基于卫星遥感数据南海南部海洋表面流场反演

海表流场可直接影响海表的气候变化,且对于研究海气相互作用、热通量输送等具有重要意义.通过利用Jason-2号与HY-2号卫星高度计数据以及Metop卫星的ASCAT与HY-2号卫星散射计数据反演海表流场.利用距离加权平均法生成分辨率为0.25°×0.25°的网格,通过数据融合分别得到海表高度场与海面风场,在此基础上构建...     

产自黑海和挪威海的冷甲烷渗透流

科学界将深海中发现的热液露头和在近大陆地区发现的冷渗透气液归属为上世纪最后25年中最重要的发现。这些气液含有还原化合物,后者在微生物的参与下,或者通过化学途径发生氧化作用。这些作用过程在水一海底界面上和其附近海底表面以下形成了金属和非金属矿物的堆积并发生了显微化学自养和甲烷供养的有机质生物合成作用。冷甲烷渗透场以成分类似的特殊生物种群（主要是营养共生动物）凝聚物的形态出露在海底表面。在文献中出现了以底栖动物和细菌层为标志的数十个活动性冷渗透场的报道。