夏季东北亚阻塞高压年际变化的一个物理机制

根据实际观测资料反演获得描述大气环流演变的空间谱函数后,从改进的高截断谱模式途径出发研究了夏季东北亚阻塞高压年际变化的物理机制.结果表明,前期外部热源强迫的空间分布大致为El Nio型分布时,外部热力强迫导致大气环流演变中波波相互作用主要表现为纬向2波的相互作用;波流相互作用主要表现为经向2波和3波与反映基本流中的经向1波的相互作用.这样使得500 hPa高度场上东北亚地区为一相对正异常区,为夏季东北亚阻塞的频繁发生提供了有利的大气环流背景.而前期外部热源强迫大致为La Nia型分布时,外部热力强迫则导致大气环流演变中波波相互作用主要表现为纬向1波的相互作用;波流相互作用主要表现为经向2波和4波与反映基本流中的经向2波的相互作用.从而使得500 hPa高度场上帆北亚地区出现相对负异常,抑制了夏季东北亚阻塞的发生.     

流场调制下的海面对全极化雷达双站散射的影响研究

从波作用量守恒方程出发,在积分方程模型的基础上,通过特征线法对守恒方程进行求解,推导建立了受波流调制的海面雷达双站散射模型,进行了受流场调制下的海面上半空间散射系数的仿真,分析了全极化下双站散射系数受流速变化的影响,以及风场与雷达参数(雷达波频率、雷达波入射角)对流场调制作用的影响。结果表明,随着流速的增大,海面后向散射空间半球区域的散射系数逐渐减小,在前向散射空间半球区域中,交叉极化下的散射系数变化较为明显。风速的增大和风向与流向的夹角增大会导致流场调制所引起的散射系数变化减弱。入射角变化会导致调制作用最明显区域的散射角度改变。随着频率的增大,流场调制作用增大。     

波流共同作用下海底人工边坡动态响应分析

为了研究波流共同荷载作用下开挖基槽附近海床动态响应和液化破坏情况,提出一个二维耦合计算模型,采用雷诺时均纳维-斯托克斯（RANS）方程描述波浪运动情况,通过设定侧边界条件实现稳定流场。海床部分通过求解Biot固结方程,得到波流荷载下海床中的应力和位移情况。将模型计算结果与水槽试验数据和解析解进行比较,验证了波流模型和海床模型的有效性。在此模型基础上,分析得到了开挖之后海床新的应力和固结状态。同时,通过参数分析得到了波流耦合情况下波浪形态的变化,以及海流对海床液化情况和孔压情况的影响。最后,通过线性回归计算得到最大液化深度与流速的拟合关系曲线。计算结果可用于判断基槽开挖后不规则海床的液化情况,对相关研究和实际工程具有一定参考意义。     

基于FLOW-3D的三维数值波流水槽的构建及应用研究

为获得具有自由液面的三维波流水槽,基于FLOW-3D有限差分程序,选用RNG?-?紊流模型,基于线性波速度入口法造波,采用VOF方法对自由液面进行追踪。构建具有自由液面的三维波流联合作用数值水槽,对比压力出流边界与Sammerfeld辐射边界发现,在波流水槽内采用压力出流边界能够保持流体体积守恒,波形稳定;加入的孔隙结构,不仅能保证良好的消波效果,而且流体能够顺利通过,对消除反射波影响效果良好;与实验结果对比发现,垂向时均流速与实验数据拟合较好。波流场中桩柱前形成明显下潜水流及漩涡,是形成局部冲刷主要原因。本文所构建的波流数值模型波形稳定、具有良好的波流特性,能较好反应波浪与水流之间的相互作用,可进一步模拟波流场与结构物之间的相互作用或波流作用下泥沙冲刷等研究。     

波流联合作用下的海底沙波移动对海底底床稳定性影响的研究进展

海底沙波常见于潮流作用较强的内陆架海域,是一种脊线与潮流流向垂直的微地貌形态,一般在40～100 cm/s的流速形成。沙波既可大面积自成体系,也可分布在沙脊的坡面上,呈不对称形态。泥沙的粒度、沉积物供给以及水深[1]等因素对海底沙波的发育都有影响。     

波-流作用下悬沙体积比垂向分布研究

在悬沙体积比垂向分布的研究中往往只研究悬沙体积比时均浓度分布,忽略悬沙体积比随时间的变化。而Wikramanayake悬沙模型采用时不变的紊动黏滞系数,利用奇异摄动理论中的多重尺度法分离波流作用下悬沙运动的对流扩散方程,将悬沙体积比按照时均值和周期分量进行了分析。作者在Wikramanayake悬沙模型中的周期浓度的基础上考虑了对流项的影响,从而使描述瞬时悬沙体积比的数学模型更加合理。     

固壁附近水平圆柱在波浪水流共存场中的流动显示及水动力特征

固壁附近的水平的圆柱体在波浪、波流作用下的受力情况与其周围的流场状态密切相关。为探讨圆柱形成的机理，应当对流场的涡结构有充分的认识，受力过程与记演化过程的同步分析万为重要。本文通过实验研究并对比数值分析的结果，对波浪、波流场中圆柱体受力与流场状态的关系做一初步讨论。     

波流环境中射流的大涡数值模拟

采用大涡模拟方法（LES）对波流环境中的垂向圆管射流进行了数值模拟。出口边界采用人工海绵层加零梯度条件以减小数值反射,且保证自由出流;入口边界分别采用线性叠加和非线性叠加的波流边界条件,通过与物理实验数据对比发现,采用非线性叠加的边界条件时模拟精度更高。数模结果表明,在波浪和水流共同作用下,射流体上部出现了较为明显的“水团”现象,射流平均速度矢量较纯流环境中更靠近底床,这与前期实验观察的结果一致。     

波浪对泥沙作用的数值研究及在渤海区域的检验

针对渤海海域开展了波致底切应力对泥沙作用的数值估计。针对浅水条件,通过理想试验估算了波致底切应力对波流耦合底切应力的贡献。针对渤海大风过程,利用ECOMSED模式,通过波流耦合底边界层模型模拟了渤海区域的泥沙浓度,并利用遥感资料对表层泥沙浓度的数值模拟进行了检验。对比结果表明,考虑波浪作用的情况下,模拟结果在总体分布上得到明显的改善。在大风过程中波浪对0~20 m近岸区域的泥沙再悬浮起主导作用。     

波流共同作用下海底子母管线水动力的物理模型试验研究

通过物理模型试验研究海底子母管线分别在规则波加流和不规则波加流作用下的水动力特性。基于Morison方程,采用"等效直径法"分析得到子母管线拖曳力系数C_D,惯性力系数C_M和升力系数C_L(C_D⁺,C_L^-)。试验分别考察了流速比U_c/U_w,母管与海床间隙比e/D及子母管间的相对缝隙G/D对海底子母管线水动力系数的影响。结果表明水动力系数随U_c/U_w的增大而减小;当e/D<0.5时,海床对子母管线受力的影响比较明显,C_D,C_M及C_L⁺均随e/D增大而减小,|C_L^-|随e/D增大而增大;对子母管间的相互影响也不可忽略,C_D,C_M和|C_L^-|均随G/D增大而减小,C_L⁺值随G/D增大而增大。