三维浅海流体动力学模型的流速分解法

以一个差分-微分方程导出了含有局部惯性项的三维浅海流体动力学流速分解模型的公式,将水平流速分解成4个分量——梯度流、风海流、线性惯性流和非线性惯性流.各流速分量的无因次垂向剖面采用变分-有限元方法求解,并单纯组成了风暴潮位的抛物型方程,从而使模拟计算类似于超浅海风暴潮所用的方法.最后,基于上述流速分解方法对渤海风潮作了数值研究,比较了各种效应的影响,得到了一些有意义的结果.     

陡坡上孤立波爬高的数值模拟

波浪爬高是海岸工程中重要的水动力学问题之一,其数值模拟方法通常是通过离散Navier-Stokes方程或Boussinesq方程实现的,其中基于光滑粒子流体动力学方法是近年发展起来的。本文应用该方法模拟相同水深下,不同波高的孤立波在45(°)陡坡上的爬高,模拟结果与理论计算结果及已有物理模型试验结果进行了对比,并模拟出孤立波激散破碎过程及粒子分布和速度场的变化过程。结果表明,对密度近似方程进行重新初始化保持了流场内的质量守恒,同时整个计算域内的压力分布更加规则,说明光滑粒子流体动力学法在波浪爬高计算中的有效性。     

浅海潮流的一种计算方法

潮流对于海上活动的许多具体问题都有密切关系,可是对它的研究却远比潮位为少,要较长时间连续观测潮流仍有实际困难,而周日或双周日观测的分析又不甚可靠,因此寻找间接计算潮流的方法是有意义的。本文拟从动力学的关系探讨这一问题。     

基于海洋生态约束定量化模拟的填海造地平面设计方法研究

针对填海造地巨大的工程影响和极其缺乏平面设计准则的现实需要,引入海洋生态约束的核心价值判断标准和环境流体动力学模型,通过对不同填海造地平面设计方案的海洋环境扰动能力模拟,评判填海造地平面设计准则和方法。在具体模拟过程中,按照填海造地平面设计的要素分为形态类要素、间距类要素、组合方式类要素3大类别5个模拟组19种工况,依次对比模拟了不同工况在水动力学特征(流场和流速)和水体交换能力上的影响差异。进而通过评判工况优劣,分析不同规划要素条件变量对海洋环境的影响,从而总结了5组工况下的相关填海造地区域平面设计在形态类要素、间距类要素、组合方式类要素方面的准则。     

海底泥流冲击悬跨管道拖曳力系数分析

海底滑坡是海洋油气工程最危险的地质灾害之一,直接影响海底管线运营安全。滑坡体失稳滑动过程中,由于海水掺和作用逐渐加速转变成快速滑动泥流,冲击海底悬跨管道。基于当前国际通用的计算流体动力学(CFD)方法,采用赫巴模型描述快速滑动泥流,计算分析海底滑坡冲击悬跨管道的受力特性,重点分析悬跨高度对管道法向拖曳力系数的影响。研究发现,管道法向拖曳力系数随悬跨高度的增长而增大,当达到某一悬跨高度时,管道拖曳力系数保持稳定。     

海上浮式风机气动性能数值模拟

采用计算流体动力学(CFD)方法,基于RANS方程和SST k-ω湍流模型,对OC3-Hywind Spar浮式平台支撑的NREL5 MW风机进行气动性能模拟。对固定式风机的数值模型做网格无关性验证,同时考虑垂直风切变的影响,并将数值结果与NREL设计数据进行对比以验证模型的有效性。在FLUENT软件中,设定嵌入式滑移网格和用户定义程序(UDF)来模拟风机叶轮随平台的周期运动,分别研究浮式平台的纵荡、纵摇和首摇运动对风机气动荷载的影响。数值结果表明平台的纵荡和纵摇运动对输出功率影响较大,且平台运动幅值越大周期越低,其气动荷载变化越剧烈。合理控制平台的运动幅值对提高浮式风机的发电性能和疲劳强度有很大作用。     

含粘滞性弱磁化吸积盘的轴对称脉动不稳定性

本文讨论了一种含扩散型粘滞的弱磁化等温吸积盘模型，在此模型中研究了扩散型粘滞、垂向磁场Bz和环向磁场B对轴对称脉动不稳定性的影响．结果表明，对于轴对称扰动，一般情况下盘内存在四种轴对称振荡模式．其中二种模式是脉动不稳定的，粘滞和磁场对它们表现为非稳因素；而另外二种模式是稳定的，粘滞和磁场对它们表现为致稳因素．此外我们还注意到，Bz和B主要影响近轴向的脉动不稳定性，扩散型弱粘滞主要影响径向脉动不稳定性．     

水动力及种源高程对盐沼植物定植初期种子扩散影响

不同的水动力条件及种源高程会影响盐沼植物定植初期的种子扩散活动，导致盐沼不同的扩张格局，进而影响其对潮滩防护工程补充保护的作用。以崇明东滩优势先锋种——海三棱藨草(Scirpus mariqueter)作为研究对象，基于无网格数值模拟方法，研究不同波高(0.01 m~0.11 m)、水深 (0.3 m~2.5 m)、种源所处高程(1.3 m~3.1 m)等条件对定植初期种子扩散活动的影响。结果表明：种子在海陆方向和沿岸方向上的扩散距离与波高呈高度正相关，且当波致切应力达到一定值时，种子在两方向上均存在扩散距离突变现象；种子在海陆方向和沿岸方向上的扩散距离与水深呈显著负相关，且随水深增大种源扩散前端位置离岸距离减小；此外，种子在海陆方向和沿岸方向上扩散距离与种子所处高程均呈负相关。研究结果解释了盐沼植物种子扩散活动的机制，从而为以种子为生态修复材料，以“机会窗口”为概念的生态修复工程提供科学解释。     

用于气象站的地表气温观测仪器的设计与实验研究北大核心

大气科学研究对地表气温观测精度有高达0.1℃甚至0.05℃的需求。然而,现有的地表气温观测仪器受到太阳直接辐射、下垫面反射辐射、长波辐射和散射辐射等影响,辐射误差可达1℃。本文设计了一种基于导流装置的地表气温观测仪器。首先,利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法量化该仪器在各种环境条件下的辐射误差;然后,在此基础上,利用极限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)方法拟合可针对多变量变化的辐射误差订正方程;最后,为验证该仪器的观测精度,进行了外场比对实验。在实验过程中,以076B型强制通风气温观测仪器的测量值作为温度基准。实验结果表明,该仪器的平均辐射误差和最大辐射误差分别为0.07℃和0.15℃。该仪器辐射误差的实验测量值与订正方程提供的辐射误差订正值之间的平均偏移量、均方根误差和相关系数分别为0.033℃、0.028℃和0.703。