圆形重力式网箱阻力性能研究

采用网箱模型试验 ,对周长 5 0 m,深 8m的 HDPE双管圆形重力式网箱 ,在不同配重、网片规格和流速条件下的阻力性能进行研究。结果表明 ,在 2 .5 kn的相对流速范围内 ,网箱的整体阻力在 75 0 0 kg以内 ;在网箱整体阻力中 ,框架及重锤阻力所占比重较小 ,而网箱箱体阻力占近90 %。不同重锤配重的网箱 ,其整体阻力与流速均呈幂函数关系 F=a Vb,网箱重锤配重增加 ,网箱阻力也随之增大 ,而重锤配重变化对网箱阻力的影响程度又随流速的增加而减小     

重力式与碟形网箱的锚绳受力特性比较

针对常见的重力式、碟形和拟碟形网箱在不同下潜深度状态下的锚绳受力特性进行了试验研究.试验共设模型4组,分别在纯流、纯波以及波流联合条件下进行.测力通过系缚于锚绳底端的4个拉力传感器获得.试验结果表明水流作用力的大小在很大程度上受网箱结构形式的影响,而在波浪条件下其影响相对较小.重力式网箱的配重形式及下潜形式对网箱的受力具有重要影响.另外,网箱在波流组合条件下的受力并不是纯流及纯波单独作用下的简单叠加.最后,在综合比较网箱价格和性能的前提下,对网箱结构形式的选择进行了一些讨论,并提出若干建议.     

水流条件下单点系泊不同结构“钻石型”重力式网箱的水动力特性数值模拟

目前深远海网箱养殖已成为我国海水鱼类养殖的一个重要方向,为获得适合于深远海养殖的最优网箱结构,本文利用数值模拟方法,对投放于黄海冷水团的"钻石型"网箱箱体设计了5种结构方案(方案1～方案5),进行水动力特性数值模拟,分析箱体结构的中部水平漂移、底部水平漂移以及网箱阻力等特性变化。研究表明,在流速为1m/s时,网箱中部水平漂移优化效果好的依次为方案5(减少30.59%)和方案2(减少20.23%),底部水平漂移优化效果好的依次为方案2(减少37.33%)和方案5(减少22.39%),网箱阻力优化效果好的依次为方案5(减少12.98%)和方案4(减少9.15%)。研究结果表明,采用刚性底框、方形网目,中部增加刚性圆环,网箱形状为上大下小的圆台形,有利于减小网箱的横向位移,降低网箱的阻力。研究结果可为深远海重力式网箱设计提供技术参考。     

陆坡非旋转重力羽状流的数值模拟

借助MITgcm模式使用二维非静力近似在水平方向采用不等间距网格,模拟了陆坡非旋转重力羽状流的流动。模拟显示陆坡上的重力羽状流的运动比较复杂。通过数值实验,发现改变地形或调整冷源强度都会影响沿陆坡下沉的低温高密度水的羽状流形态,潮汐亦会对重力羽状流有一定的影响。经计算发现在陆坡处,Richardson数小于1/4,宜发生Kelvin-Helmholtz不稳定性,并由卷挟导致环境流体与高密度流体混合,沿着斜坡加速下滑。     

基于有限元方法对鲆鲽网箱耐流特性的数值模拟

鲆鲽网箱结构在海中受到水流的冲击作用会发生运动与变形,针对鲆鲽鱼特有的栖底习性,为确保网底结构的稳定有必要对其进行动力分析。为此利用有限元方法建立了流场中网箱受力和变形的数学计算模型,运用该数学模型对底框中加有支撑管结构并装配方形网目网衣的鲆鲽网箱整体位移进行了数值模拟。数值模拟结果表明,网箱的网衣部分在水流作用下形态变化比较大,网底的水平位移与垂直位移随流速的增加而增大,而网箱的底框架在不同流速条件下均能保持在水平位置,且未发生明显的倾斜。由此可见,此类鲆鲽网箱具有较好的耐流性能。     

水平轴潮流能水轮机水动力数值模拟研究

针对水平轴潮流能水轮机,对其进行了力学分析并运用CFD方法对其水动力性能进行了仿真计算。比较了定常计算与非定常计算结果的区别,运用定常计算(MRF)方法得到了表现水轮机性能的功率、扭矩和推力特性曲线,分析了水轮机在不同尖速比时的表现。对水轮机模型进行了拖曳水池试验,并与仿真数据进行了比对分析,两者吻合度较好,并分析了试验过程中出现的在尖速比较大时功率系数衰减的现象,表明CFD方法对水轮机的工程实践有着指导意义。得到了尾流场的速度云图、流线分布图与衰减曲线,结果表明相对于水轮机的直径,受到其影响后的流场存在扩张现象。分析了水轮机后不同位置处的流场衰减情况,结果显示,随着水轮机后轴向距离的不同其速度恢复差别很大,对于今后潮流能水轮机的大规模布置方式研究提供了依据。     

山东半岛一次中β尺度暴雨的数值模拟分析

利用NCAR/PSU的中尺度大气非静力模式MM5,对2004年8月5日发生在山东半岛的1次中β尺度暴雨过程进行了数值模拟和分析.将模拟的位势高度场、风场、降水与实况进行对比分析,在模拟结果比较合理的情况下,着重对发生暴雨的动力学机制进行了分析.结果表明：黄海中部高能区和副高边缘的高比湿带的维持造成对流不稳定,类似“干线”的特征有利于储存对流不稳定能量.在850hPa散度场上,山东半岛存在辐合辐散交替出现的链式分布,这揭示了重力波的存在;沿辐合辐散交替出现中心连线,作涡度、散度的垂直剖面,显示出重力波的垂直结构特征;重力波过程对暴雨天气的发生、发展有触发、组织和加强作用,天气尺度切变线辐合加强对重力波有激发作用.     

浅海重力式海洋平台抗震试验研究

随着西太平洋区域板块边缘地震活动性的逐步增强,浅海重力式海洋平台遭受地震破坏的风险正逐渐加大。本文的主要工作是利用大型振动台,采用1∶25相似比的有机玻璃材料试验模型,施加人工质量,试验研究了带裙板的浅海重力式海洋平台在基底地震动输入下的动力反应及其规律。试验结果显示平台总体抗震性能尚可,平台在双向地震动输入下抗扭能力差,建议予以重点加强。     

实验室造波条件对内孤立波发展影响的直接数值模拟

内孤立波具有振幅尺度大、能量集中的特点,其引起流场和密度场的迅速变化可能对海洋工程结构物以及水下潜体造成严重威胁。因此研究不同造波条件下生成的内孤立波运动的流场特征具有重要的学术意义和实际应用价值。采用直接数值模拟方法和给定的初始密度场密度跃迁函数,对重力塌陷激发内孤立波的运动过程进行研究,探讨了不同造波条件下,激发产生的内孤立波波型、涡度、振幅和水平速度等流场特征。结果表明:(1)直接模拟数值方法能够模拟内孤立波传播过程中的密度界面波型反转现象;(2)从定性和定量的角度,证实了不稳定内孤立波传播过程中存在能量的向后传递;(3)对于相同的台阶深度(水闸两侧初始密度界面的高度差),初始涡流保持相同,但是随着上下层水深比的减小,其强度下降显著;(4)台阶深度对初始涡流的垂直结构的影响要大于上下层水深比,且台阶深度对内孤立波的振幅、水平速度的影响显著。     

钱塘江河口盐度数值模拟

强潮河口盐水入侵对饮用水源地危害极大。基于平面二维水动力盐度模型, 对典型强潮河口—钱塘江的水动力及盐水入侵过程进行了数值模拟研究。结果表明枯水径流时盐度变化与潮位过程曲线类似, 潮差对盐度大小影响显著, 径流量的增加将逐渐减小其相似程度。当流量增加到一定程度后, 继续增加的一定径流量所产生的抑咸效果减弱, 水资源有效利用率降低, 此时允许水源地盐度超标并改从蓄淡避咸水库取水可有效节约水资源。盐度平面分布显示, 盐水入侵在强潮河口弯道处受涨潮流主流线影响明显, 靠近主流线一岸的盐度大于对岸, 单从盐水入侵角度考虑, 强潮河口弯道段的取水口应设置在远离涨潮流主流线一岸。钱塘江河口盐度数值模拟对于研究减轻盐水入侵对水源地危害的措施具有指导意义。     

Numerical Simulation of Dynamic Response of A Net Cage for Flatfish in Waves简

A numerical model of flatfish cage is built based on the lumped mass method and the principle of rigid body kinematics. To validate the numerical model, a series of physical model tests are conducted in the wave flume. The numerical results correspond well with the data sets from physical model test. The effect of weight of bottom frame, height of fish net and net shape on motion responses of fish cage and tension force on mooring lines is then analyzed. The results indicate that the vertical displacements of float collar and bottom frame decrease with the increase in the weight of bottom frame; the maximum tension force on mooring lines increases with the increasing weight of bottom frame. The inclination angles of float collar and bottom frame decrease with the increasing net height; the maximum tension force increases obviously with the increase of net height.     

波浪增减水的实用数学模型及其数值模拟

提出了一种模拟近岸区波浪增减水的实用数学模型.首先采用考虑波能损失的抛物型缓坡方程数值模拟波浪破碎引起的波浪复振幅变化,接着根据计算得到的波浪复振幅,采用一种新的辐射应力公式计算辐射应力分量,然后采用深度平均方程计算波浪破碎产生的增减水.采用该模型对规则波和不规则波破碎引起的增减水进行了数值模拟,数值模拟结果与实验结果吻合良好,表明该模型可有效模拟近岸区由于波浪破碎引起的增减水.     

斜坡平台波浪破碎数值模拟

波浪在斜坡地形上破碎,破波后稳定波高多采用物理模型试验方法进行研究,利用近岸波浪传播变形的抛物型缓坡方程和波能流平衡方程,导出了适用于斜坡上波浪破碎的数值模拟方法。首先根据波能流平衡方程和缓坡方程基本型式分析波浪在破波带内的波能变化和衰减率,推导了波浪传播模型中波能衰减因子和破波能量流衰减因子之间的关系;其次,利用陡坡地形上的高阶抛物型缓坡方程建立了波浪传播和波浪破碎数学模型;最后,根据物理模型试验实测数据对数值模拟的效果进行验证。数值计算与试验资料比较表明,该模型可以较好地模拟斜坡地形的波浪传播波高变化。     

基于改进缓坡方程的波浪传播数值模拟

用变分原理导出考虑底坡一阶导数平方项和二阶曲率项影响的缓坡方程,对传统缓坡方程作了改进,提高波浪在海底地形变化剧烈、水深较浅时数值模拟精度。数值计算与已有实验室试验资料比较表明,该模型可以较好地模拟有剧烈变化的海底地形的波浪传播,比传统缓坡方程模型计算结果在精度上有明显提高。     

气压生波的数值模似

目前海岸工程实验室中几乎都采用推板或摇板式生波机产生实验研究所需要的波浪。对于波浪、潮流、泥沙模型而言,这种生波机有两个缺点：一是妨碍潮流、泥沙的运移,二是产生二次反射使波浪场失真。是向水面喷压气体的气压装置来产生波浪,用于波浪、潮流、泥沙模型,可以避免上述两个缺点。本文通过数值模拟,认为这种方法是可行的。     

浅浸没水平圆柱浮子波浪力计算研究

以海漂垃圾收集装置浮式围栏的圆柱浮子为研究对象,基于圆柱浮子的浅浸没特性,改进了Morison方程,并结合物理模型试验,对波浪与浅浸没水平圆柱浮子作用问题进行探讨。结果表明,改进的Morison方程可对水平圆柱浮子的波浪力做精确预测,并揭示了波幅、浸没深度以及周期对圆柱浮子波浪力的影响规律。对于浅浸没的圆柱浮子,所受水平波浪力随波高的增大而增大,随周期的增大而衰减到某一特定值。波浪力的正向大小分布要大于负向,而正负向大小的差异主要受浸没深度的影响。     

三维波峰的数值模拟

给出了三维波峰的定义,描述了波峰临界值的确定过程,分析了三维随机海浪的方向谱和三维随机海浪的数学描述,在MATLAB环境下设计了随机海面波峰的数值模拟程序,并给出了深水波峰的三维空间模型及其在不同方向传播参数和不同方向函数下平面分布的变化。     

Analysis of hydrodynamic behaviors of gravity net cage in irregular waves

Based on the lumped-mass method and rigid-body kinematics theory, a mathematical model of a gravity cage system attacked by irregular waves is developed to simulate the hydrodynamic response of cage system, including the maximum tension of mooring lines and the motion of float collar. The normalized response amplitudes (response amplitude operators) are calculated for the cage motion response in heave and surge, and the mooring line tension response, in regular waves. In addition, a statistical approach is taken to determine the motion and tension transfer functions in irregular waves. In order to validate the numerical model of a gravity cage attacked by irregular waves, numerical predictions have been compared with the experimental observations in the time and frequency domain. The effect of wave incident angle on the float collar motion, mooring line tension and net volume reduction of the gravity cage system in irregular waves is also investigated. The results show that at high frequencies, the cage system has no significant heave motion. It tends to contour itself to longer waves. The variation amplitude of mooring line forces decreases as the wave frequency increases. With the increasing of wave incident angle, the horizontal displacement of the float collar increases.     

Numerical Simulation of Hydrodynamic Behaviors of Gravity Cage in Waves

This paper aims at investigation of the dynamic properties of gravity cage exposed to waves by use of a numerical model. The numerical model is developed, based on lumped mass method to set up the equations of motion of the whole cage; meanwhile the solutions of equations are solved by the Runge-Kutta-Verner fifth-order and sixth-order method. Physical model tests have been carried out to examine the validity of the numerical model. The results by the numerical simulation agree well with the experimental data.     

Numerical Analysis on the Effects of Submerged Depth of the Grid and Direction of Incident Wave on Gravity Cage

In this paper,the numerical model of the net cage with the grid mooring system in waves is set up by the lumped mass method and rigid kinematics theory,and then the motion equations of floating system,net system,mooring system,and floaters are solved by the Runge-Kutta fifth-order method.For the verification of the numerical model,a series of physical model tests have been carried out.According to the comparisons between the simulated and experimental results,it can be found that the simulated and experimental results agree well in each condition.Then,the effects of submerged depth of grid and direction of incident wave propagation on hydrodynamic behaviors of the net cage are analyzed.According to the simulated results,it can be found that with the increase of submerged depth of grid,the forces acting on mooring lines and bridle lines increase,while the forces on grid lines decrease;the horizontal motion amplitudes of floating collar decrease obviously,while the vertical motion amplitudes of floating collar change little.When the direction of incident wave propagation changes,forces on mooting lines and motion of net cage also change accordingly.When the propagation direction of incident wave changes from 0° to 45°,forces on the main ropes and bridle ropes increase,while the forces on the grid ropes decrease.With the increasing propagation direction of incident wave,the horizontal amplitude of the forces collar decreases,while the vertical amplitude of the floating collar has little variation.