基于监测数据的深水水下井口循环弯矩计算方法

水下井口的疲劳完整性是海洋油气田长期安全开采的前提。工业界往往采用贴应变片直接测量水下井口应变来计算弯矩和疲劳损伤,但水下井口应变片粘贴困难且不能长时间连续工作。采用对水下井口监测方法,基于隔水管—防喷器组—水下井口的运动和力学特性,考虑防喷器组惯性力矩建立系统耦合动力学方程,最终形成基于监测数据的水下井口循环弯矩计算方法。以南海某深水水下井口为例,建立隔水管—防喷器组—水下井口系统有限元模型并进行动态分析,提取隔水管底部张力、转角、防喷器组加速度及转角等参数,代入所建立的系统耦合动力学模型,得到水下井口弯矩与有限元计算结果吻合良好。研究表明只需通过在线监测获得所需的输入数据,无需监测水下井口应变即可获取水下井口循环弯矩。建立的系统耦合动力学模型可为水下井口疲劳完整性评估提供理论依据。     

A time-dependent numerical model of the mild-slope equation

On the basis of the previous studies, the simplest hyperbolic mild-slope equation has been gained and the linear time-dependent numerical model for the water wave propagation has been established combined with different boundary conditions. Through computing the effective surface displacement and transforming into the real transient wave motion, related wave factors will be calculated. Compared with Lin’s model, analysis shows that calculation stability of the present model is enhanced efficiently, because the truncation errors of this model are only contributed by the dissipation terms, but those of Lin’s model are induced by the convection terms, dissipation terms and source terms. The tests show that the present model succeeds the merit in Lin’s model and the computational program is simpler, the computational time is shorter, and the computational stability is enhanced efficiently. The present model has the capability of simulating transient wave motion by correctly predicting at the speed of wave propagation, which is important for the real-time forecast of the arrival time of surface waves generated in the deep sea. The model is validated against analytical solution for wave diffraction and experimental data for combined wave refraction and diffraction over a submerged elliptic shoal on a slope. Good agreements are obtained. The model can be applied to the theory research an d engineering applications about the wave propagation in a biggish area.     

海洋湍流观测技术

湍流在海洋能量和水体的交换演化中起着非常重要的作用。海洋湍流研究的发展和海洋湍流观测仪器的研发密切相关。世界上湍流观测仪器的研发起步于上世纪50年代,但是我国在湍流观测设备方面到目前为止仅仅处于起步和引进国外设备阶段。针对我国的情况,文中对海洋湍流观测的平台、探头测量原理及其数据修正、资料后处理等关键技术做一个总结性的介绍,为我国使用引进的海洋湍流设备和自主开发海洋湍流测量设备提供参考。     

潮流准调和分析方法探讨

潮汐和潮流的调和分析是海洋水文资料分析的基础方法,通常采用最小二乘法处理调和分析过程产生的矛盾方程,但以往受到计算能力和程序语言的限制,导致矛盾方程的求解方法较为复杂,不利于海洋科技工作者掌握和使用。本文以短周期观测潮流数据的准调和分析方法为例,探讨了潮流准调和分析方法中矛盾方程的解法,对以往的正规方程解法进行了推导和说明,同时,提出了更为简洁的矩阵表示方法,对2种方法的优劣及特点进行了分析,认为矩阵方法更适合程序化在计算机上进行分析计算;在此基础上采用江苏大丰附近海域观测的三周日潮流数据作为实例进行计算,运用矩阵解法求出其调和常数、椭圆要素以及余流,并对同时期潮流数据进行了预报,预报结果能很好地吻合原数据。     

关于Nevanlinna亚纯函数组的一个结果的推广及其应用

本文利用差分Nevanlinna理论,将1929年Nevanlinna的涉及Wronskian行列式的亚纯函数组的一个定理在超级小于1的条件下,推广到涉及Casorati行列式的亚纯函数组的相应结果。作为本文主要结果的应用,我们在0和∞是亚纯函数的c-分割类似导数值对的条件下,证明了有关Fermat函数方程亚纯解的存在性的一个定理。     

海洋中示踪物等值线的分形长度及其与混合效率的关系

涡致混合扩散是物理海洋研究中的热点和难点问题。本文基于“有效扩散”理论,研究示踪物等值线在海表地转湍流的多尺度搅拌作用下,发生拉伸、扭曲、变形、折叠等改变其几何拓扑结构的现象,并探讨了等值线分形长度的变化与混合效率的关系。研究结果表明,在地转流场的搅拌下,示踪物的等值线会被迅速拉长,并产生丰富的精细结构。这种分形式的增长可达原长度的10～20倍,是混合效率提高的主要原因;而涡丝和锋面伴随的梯度增强虽然也有贡献,但为次要因素。另一方面,在示踪物模拟过程中,小尺度扩散会通过不可逆混合对示踪物进行均匀化,从而抹平等值线的精细结构,抑制等值线的增长,限制混合效率的提高。基于“数盒子”算法计算了等值线的分形维度,其数值在1.4到1.6之间,介于一维和二维之间。但由于地转湍流数据分辨率的限制,无法考虑更小尺度(次中尺度过程)的搅拌作用,可能低估了等值线的分形长度和混合效率。本研究将海洋混合与等值线几何特征联系了起来,初步得到了分形长度和混合效率两者的经验关系式,未来可以利用图像识别等成熟遥感技术将海洋示踪物等值线的几何特征直接转换为混合效率,为诊断分析海洋混合及其参数化提供了一种新的思路。     

浅海内波垂直模式方程的一种解析解

给出了一些海区实测浮力频率剖面的数学模型.利用超几何函数对内波垂直模式方程进行了解析求解,得到内波模式方程的解析解和频散方程.利用得到的解析解给出了一种理想条件下内波前三阶简正模式的结构.     

A Compact Explicit Difference Scheme of High Accuracy for Extended Boussinesq Equations

Presented here is a compact explicit difference scheme of high accuracy for solving the extended Boussinesq equations.For time discretization,a three-stage explicit Runge-Kutta method with TVD property is used at predicting stage,a cubic spline function is adopted at correcting stage,which made the time discretization accuracy up to fourth order;For spatial discretization,a three-point explicit compact difference scheme with arbitrary order accuracy is employed.The extended Boussinesq equations derived by Beji and Nadaoka are solved by the proposed scheme.The numerical results agree well with the experimental data.At the same time,the comparisons of the two numerical results between the present scheme and low accuracy difference method are made,which further show the necessity of using high accuracy scheme to solve the extended Boussinesq equations.As a valid sample,the wave propagation on the rectangular step is formulated by the present scheme,the modelled results are in better agreement with the experimental data than those of Kittitanasuan.     

完全非线性波浪破碎模型沿岸流数值模拟

探讨一种基于完全非线性Boussinesq方程的波浪破碎模型在沿岸流计算中的应用问题。针对控制方程中的完全非线性项对沿岸流成长过程的影响进行了深入讨论。数学模型计算结果表明,完全非线性项有使平均流局部化的作用;通过数模实验还发现,垂向高阶涡度项可以有效抑制破波区外回流;运用Visser的实验室沿岸流实测资料从沿岸流速度、波高和平均水位几方面对所提模型进行了验证,并给出了紊动参数的计算结果。     

剪切湍流数据处理技术

湍流在海洋能量和水体的交换演化中起着非常重要的作用.海洋湍流研究的发展和海洋湍流观测仪器的研发密切相关.世界上湍流观测仪器的研发起步于20世纪50年代,但是我国在湍流观测设备方面到目前为止仅仅处于起步和引进国外设备阶段.针对我国的情况,利用DSP技术设计电路,并通过电路对剪切湍流数据进行处理.用ALEC公司生产的湍流剖...