二维圆柱涡激振动数值模拟中湍流模式适用性的探讨

采用RANS结合4种湍流模型对低质量比单自由度涡激振动进行数值模拟,对比分析其对该问题的适用性。用四阶Runge-Kutta法离散运动方程,基于动网格技术处理圆柱振荡引起的网格运动,并对壁面条件的处理进行了细致分析。根据Williamson水槽实验,从振幅比、频率比响应、水动力系数及相位突变、尾涡模式等方面对比分析了4种模型的性能和表现,结果表明Standardκ-ω模型与实验差异较大;目前本类研究中运用较少的Realizableκ-ε模型也是可以适用于涡激振动计算的;κ-ω系列模型得到的最大振幅(0.55D)小于κ-ε系列模型的结果(0.87D);SSTκ-ω模型以及2种κ-ε模型都反映出锁定区振动频率fex与泄涡频率fst分离,其中SSTκ-ω模型较为接近实验结果;尾涡模式上,SSTκ-ω模型在各个分支与实验结果一致;总之,各种模型针对不同物理现象各有优势和缺陷。     

渤海岸线及水深变化对水动力影响的数值模拟

为探究渤海岸线及水深变化对水动力的影响,基于Delft3D水动力学模型,选用2003年和2015年作为围 填海前后的典型年份,建立了围填海前后岸线及水深条件下的渤海三维水动力模型,并对水动力场进行了模拟。通过对围填海前后潮波和潮余流的分析,得到了岸线及水深变化对渤海水动力场的影响。结果表明:填海后,岸线及水深变化会对渤海主导分潮M₂分潮产生较大影响,秦皇岛附近无潮点向西北方向偏移,渤海海域M₂ 分潮振幅总体减小;潮致余流场受岸线及水深变化影响较大,其中渤海湾曹妃甸港南部形成复杂的涡流,沿岸海域余流增大;滨海新区附近形成多个小范围环流,且天津港到黄骅港北部沿岸海域2015年余流比2003年增加3~5 cm/s;黄骅港南部形成一个逆时针环流,并且该处余流减小2~5 cm/s。辽东湾辽河口附近由于水深增加导致余流减小2~7 cm/s。莱州湾黄河口附近的逆时针环流向东南方向移动,黄河口北部余流略有减小,东南部余流明显增大,增加量最多能达到9 cm/s。刁龙嘴南侧顺时针环流减小,北侧顺时针环流增大4~9 cm/s。     

抛弃式温盐探头阻力系数的数值模拟及其实验验证

采用时变雷诺方程结合κ-ε湍流模型,模拟探头在下沉过程中的运动状态。根据模拟所得探头附近速度与压力分布,积分出阻力系数,由此分析阻力系数随雷诺数变化规律。同时进行物理实验,并与数值结果比较,二者吻合较好。     

波浪与渤海近岸海冰流固耦合特性的数值模拟

在波浪作用下,近岸海冰断裂发生时的极限波高和波长可以为大尺度海冰模型中的参数化提供依据。利用流固耦合数值模拟技术,结合渤海冬季近岸海冰、波浪的相关参数,模拟了波浪与小尺度近岸固定海冰的相互作用过程,得出了波浪作用下海冰的最大主应力、最大主应变和自由端位移峰值随入射波浪要素的变化规律。进一步结合渤海海冰的强度,分析了海冰由于波浪作用而发生断裂的极限波高及极限波长。结果表明:海冰最大主应力的最大值、最大主应变的最大值和自由端位移峰值的绝对值随波高、波长的增加而增大。辽东湾某典型海域,当水深为5m,海冰长为2m,冰厚为0.3m以及入射波周期为3s时,海冰发生断裂的极限波高为0.63m;入射波高0.6m时,海冰断裂极限波长为15.35m。     

人工鱼礁在自然海水条件下的腐蚀寿命研究

有氯盐侵蚀的钢筋腐蚀,是钢筋混凝土结构性能劣化的主要原因之一,混凝土构件使用寿命的关键是氯离子的传输速率和使钢筋产生锈蚀的时间。本文以人工鱼礁混凝土构件为研究对象,分析海水氯离子在C30、C35和钢渣复合材料人工鱼礁混凝土中的扩散系数,以混凝土中钢筋锈蚀的临界氯离子浓度为寿命预测的边界条件,利用氯离子扩散模型预测C30、C35和钢渣复合材料人工鱼礁在海水中的腐蚀寿命。研究结果表明,氯离子在混凝土人工鱼礁中的扩散规律基本满足Fick第二定律。通过模型计算得出C30、C35和钢渣复合材料混凝土人工鱼礁的腐蚀寿命分别为51.6,54.8和56.8年。     

人工鱼礁在自然海水条件下的腐蚀寿命研究

有氯盐侵蚀的钢筋腐蚀,是钢筋混凝土结构性能劣化的主要原因之一,混凝土构件使用寿命的关键是氯离子的传输速率和使钢筋产生锈蚀的时间。本文以人工鱼礁混凝土构件为研究对象,分析海水氯离子在C30、C35和钢渣复合材料人工鱼礁混凝土中的扩散系数,以混凝土中钢筋锈蚀的临界氯离子浓度为寿命预测的边界条件,利用氯离子扩散模型预测C30、C35和钢渣复合材料人工鱼礁在海水中的腐蚀寿命。研究结果表明,氯离子在混凝土人工鱼礁中的扩散规律基本满足Fick第二定律。通过模型计算得出C30、C35和钢渣复合材料混凝土人工鱼礁的腐蚀寿命分别为51.6,54.8和56.8年。     

Fully Nonlinear Boussinesq-Type Equations with Optimized Parameters for Water Wave Propagation

For simulating water wave propagation in coastal areas, various Boussinesq-type equations with improved properties in intermediate or deep water have been presented in the past several decades. How to choose proper Boussinesq-type equations has been a practical problem for engineers. In this paper, approaches of improving the characteristics of the equations, i.e. linear dispersion, shoaling gradient and nonlinearity, are reviewed and the advantages and disadvantages of several different Boussinesq-type equations are compared for the applications of these Boussinesq-type equations in coastal engineering with relatively large sea areas. Then for improving the properties of Boussinesq-type equations, a new set of fully nonlinear Boussinseq-type equations with modified representative velocity are derived, which can be used for better linear dispersion and nonlinearity. Based on the method of minimizing the overall error in different ranges of applications, sets of parameters are determined with optimized linear dispersion, linear shoaling and nonlinearity, respectively. Finally, a test example is given for validating the results of this study. Both results show that the equations with optimized parameters display better characteristics than the ones obtained by matching with padé approximation.     

单自由度圆柱涡激振动特性及其影响因素分析

对二维刚性圆柱涡激振动进行了系统理论和数值模拟研究,对比了不同因素下圆柱振幅、锁定区间、升阻力系数等关键参数和特征,探究了影响圆柱涡激振动特性的因素。通过线性化分析推导出了锁定区间柱体响应的频率比、振幅与流体荷载和系统物性参数之间的定性关系。为检验理论分析结果,对相关经典实验的结果进行了整理,并用RANS模型开展了相应的数值模拟。理论分析、实验和数值模拟三者的结论相符,可以确认以下结论:当圆柱处在锁定状态时,其振幅大小由组合因子决定。组合因子越小,圆柱的振幅越大,反之则越小,但是组合因子对振幅的影响幅度有限;柱体锁定区间范围的大小由质量比决定,质量比越小,锁定范围越大,反之则越小,质量比对锁定区间范围的大小有显著影响,影响的主要范围是在约化速度较大一端。     

安徽省嘉山县官山沉积型坡缕石的矿物学研究

官山坡缕石矿物为典型的沉积成因,结晶程度低、化学成分较复杂,以富Fe_2O_3为特征。矿物在380～580℃热脱水过程中TG曲线近于连续,因此,推测其存在结晶水(OH_2)和结构水(OH)同时脱失的温度区域。X射线粉晶衍射数据中,矿物的(121)、(161)面网衍射不同程度地发生分裂,应属于单斜晶系,但单斜角β近于90°。矿物红外光谱特征和摩叶根标谱类似,只是由于Mg~(2+)、Al~(3+)等八面体阳离子占位率的变化引起部分振动频数的微小飘移。