大陆岩石圈在张裂和分离时的变形模式

通过对南海南北共轭边缘地壳剖面的对比研究,发现大陆岩石圈的物理性质是分层的：上、中地壳呈脆性,下地壳表现出塑性,而岩石圈上地幔则仍呈脆性。因此,在它受张性应力场作用时,其变形和破裂分离方式也是分层进行的：上、中地壳能发生犁式断裂,产生的断块沿断面转动在地表产生一系列半地堑,并使地壳厚度减薄;如拉张应力继续作用时,上、中地壳将沿犁式断裂被拉开,从而形成上、下板块边缘,并彼此分开。下地壳则发生塑性变形,使地壳厚度减薄,并最终将其拉断。岩石圈上地幔亦可产生陡倾断裂,形成的断块沿断面转动亦使其厚度减薄,并最终沿陡倾断裂被拉断。这就是我们称之为岩石圈变形和破裂分 离时的分层变形及分层破裂分离模式。     

弧形海岸裂流的数值模拟研究

弧形海岸波浪产生的裂流严重危害人类活动,但是目前对其特征缺乏充分认识。本文对Haller物理模型实验和三亚大东海的数值模拟表明FUNWAVE模式具有较好的裂流模拟能力。基于该模式进行了多种弧形海岸条件的裂流数值模拟,给出裂流的一些特征：（1）海岸弯曲度增大,裂流增强;（2）海岸坡度对裂流有比较大的影响,太陡或太平缓的海岸不利于形成裂流;（3）海岸尺寸减小,裂流减弱;（4）波高和波周期增大,裂流增强,但是对于某些海岸而言,0.4m波高可能就存在危害比较大的裂流。     

三维随机海浪的数值模拟

本文首先分析了三维随机海浪的方向谱函数和三维随机海浪的数学模型,然后在ＭＡＴＬＡＢ环境下设计了数值模拟程序,并模拟出三维随机海浪的方向谱和三维随机海浪的三维空间模型。     

冲绳海槽--弧后背景下大陆张裂的最高阶段

高热流、强地震活动、火山活动、张性断层作用以及快速沉降等特征表明部绳海槽的演化已经达到了大陆张裂的最高阶段。根据地震折射和重力资料的计算表明冲绳海槽底下存在低密度的异常地幔，冲绳海槽的莫霍面介于15．4－23．8km之间。在我们提出的边缘海盆地演化旋回中，冲绳海槽处于胚胎期，即处在大陆张裂的最高阶段和弧后海底扩张的过滤阶段。冲绳海槽也可视为是威尔逊旋回中连接东非裂谷和红海阶段的一个重要的中间环节。     

三维潮流和潮流输沙问题的一种混合数值模拟及其应用

应用一种平面迎风有限元与垂向隐式有限差分相结合的数值计算方法建立了三维潮流和潮流输沙数学模型,并分别与相应的理论公式进行了对比验证.将建立的模型对广西廉州湾水域进行了计算,与实测资料的对比分析表明模型的计算结果符合实际.     

基于有限元分析的漂流延绳钓渔具作业状态数值模拟

基于有限元理论,以2008年9月—2009年1月海上实测的钓钩深度、三维海流数据为基础,建立并验证了延绳钓三维力学模型,并利用Matrix Laboratory（MATLAB）软件进行模型数值计算编程。结果表明：（1）建立的延绳钓力学模型,可以较快地计算得出任何三维分层海流作用下延绳钓的三维形状和钓钩的深度;（2）圆柱...     

舟山群岛附近海域三维水动力数值模拟

利用ECOM模型模拟了舟山群岛附近海域流场和三维水动力特征,研究综合考虑了长江、钱塘江径流以及垂向温盐变化引起的斜压效应。考虑到实际岛屿形状和海底地形,平面采用直角坐标系,垂向采用σ坐标系,使垂向沿水深的分层更趋合理。通过多个验潮站的调和常数和实测海流资料的验证,计算结果与实测结果符合良好。结果显示,舟山群岛附近海域潮汐日不等现象显著,高高潮与低高潮的潮位差值为41～77cm,至杭州湾内最大差值可达109cm;潮流日不等现象不明显,两次最大涨潮流速差值为0．5～20cm／s,平均流速差为4．9cm／s;两次最大落潮流速差值为0．5～23cm／s,平均流速差为7．3cm／s,且底层差值大于上层差值,说明研究区属于不正规半日潮汐、正规半日潮流海区。本海区最大涨潮平均流速为120～213cm／s,最大落潮平均流速在105～182cm／s之间,基本以舟山群岛为界,东侧涨潮流速大于落潮流速,西侧落潮流速大于涨潮流速。数值模拟结果基本上体现了舟山群岛附近海域的潮流场状况。     

一次黄海海雾的三维数值模拟研究

本文利用 1个考虑了地形效应、植被影响、长波辐射、地表能量收支、液态水的重力沉降等影响雾的形成和发展主要因子的三维海雾模式 ,模拟了 1995 - 0 6 - 0 1发生在黄海的 1次实际海雾过程 ,分析了海雾生长、发展和消亡过程中液态水含量和其它物理量的三维时空分布变化特征。结果表明 ,该模式能较好地模拟出黄海海域实际的海雾生消过程 ,对海雾的三维结构有一定的模拟能力。     

基于FVCOM的渤海冬季三维风生环流数值模拟

利用FVCOM海洋模型以及MM5气象模式预报风场,对渤海冬季三维风生环流进行了数值模拟,结果显示:渤海风生环流具有显著的三维结构,表层基本沿风向运动,量值在5~10 cm/s,海峡处流速可达15 cm/s,底层有明显的补偿流,量值<3 cm/s;深度平均流环流状态明显,渤海海峡海流北进南出,渤海中部以及辽东湾为一顺时针环流,渤海湾以及莱州湾基本呈逆时针环流。文章通过对比实验,进一步讨论了海面风应力以及海底地形对渤海环流的不同影响,得出:在渤海中部风应力的切变涡度是形成顺指针流型的主要驱动力;除渤海中部以外,渤海冬季流型受地形作用的影响要大于海面风场的切变涡度。     

长江口水域三维水动力数值模拟研究

本文在前人对河口水域三维水动力研究的基础上，建立了长江口水域三维非线性斜压浅海与陆架模式，并首次应用到长江口水域尾水排放水动力数值模拟研究中。考虑到实际河口形状和海底地形，采用平面和垂向三维坐标变换，在空间完全交错的网格系统上离散化控制方程组，并引入ADI计算方法数值求解。数值模拟结果基本上反演了长江口水域的三维水动力状况。     

三维顶板斜向驱动方腔流有限元并行计算

基于PETSc FEM开源代码,采用分步有限元算法和区域分解法,并行计算了不同雷诺数下的三维顶板斜向驱动方腔流问题。计算结果表明,当顶板沿其对角线方向运动时,流体与下游侧壁发生斜向碰撞后在下游对角处汇聚并形成射流,该射流在与底面、上游侧壁碰撞后形成较为复杂的涡流结构。雷诺数大小对三维顶板斜向驱动方腔流的涡流场结构形态具有重要影响。并行性能分析表明区域分解法能有效地提高三维粘性方腔流的计算速度。     

海底管线上波浪力的大涡模拟及三步有限元数值模拟

应用三步有限元法结合大涡模拟方法(LES)离散非定常不可压流动的Navier-Stokes方程,模拟了波浪场中海底管线周围流场及其受力情况,并把数值模拟的结果与物理实验的实测结果进行了比较,两者符合较好。为了检验三维效应的影响,同时进行了二维和三维流场的数值模拟。     

Numerical simulation of sloshing waves in a 3D tank based on a finite element method

The sloshing waves in a three dimensional (3D) tank are analysed using a finite element method based on the fully non-linear wave potential theory. When the tank is undergoing two dimensional (2D) motion, the calculated results are found to be in very good agreement with other published data. Extensive calculation has been made for the tank in 3D motion. As in 2D motion, in addition to normal standing waves, travelling waves and bores are also observed. It is found that high pressures occur in various circumstances, which could have important implications for many engineering designs.     

Time domain simulation of side-by-side floating bodies using a 3D numerical wave tank approach

The coupled system of two side-by-side fixed and/or floating bodies interacting with a large amplitude nonlinear wave is studied using a direct time domain solution method. The numerical model is based on a three-dimensional mixed Eulerian–Lagrangian (MEL) method under certain simplifying approximations permitting Rankine panel scheme to be implemented over a time-invariant boundary surface to solve the boundary value problem for the unknown velocity potentials. A 4th order Adams–Bashforth–Moulton scheme is used for time marching of rigid-body motion histories of the individual bodies and evolution of the free-surface including the gap region in which large resonant fluid motions occur. A systematic study has been carried out to evaluate the performance of the developed time domain method in simulating the forces and motions as well as the fluid motion in the gap region for the two body system under various arrangements and in different wave-headings. At first, the computed numerical results have been validated and verified with computational and experimental results available in literature for standard geometries such as vertical truncated cylinders and rectangular boxes. Secondly, effectiveness of the damping lid model which is introduced to suppress wave resonance in the gap region is investigated including its influence on maximum sway forces on fixed and floating rectangular barges in side-by-side configurations. Thirdly, comparative studies on absolute and relative motion response for two cases (two rectangular barges, and a FLNG-FPSO + shuttle tanker) in side-by-side arrangement are detailed to bring out the importance of nonlinearities arising due to steep nonlinear incident waves. Finally, coupled motions of the two-body system of an FPSO and a shuttle tanker floating in side-by-side configuration in a steep nonlinear wave field are studied in which the two bodies are connected through hawsers, and also the FPSO is moored to the ground. Additionally there is a fender between the two bodies.     

椭圆型缓坡方程的一个有效的有限元解

将海绵层消波的方法用于有限元方法中,提出了缓坡方程的一种有效的有限元求解方法.在应用有限元法求解椭圆型缓坡方程时,通过在方程中加摩阻项,并在入射边界(波浪由此边界进入计算域)处使用不连续单元,将绕射势从总势中分离出来,在边界上利用海绵层进行消波处理,有效地消除了由于引用放射边界条件引起的误差和数值反射现象.     

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。     

Quasi-3D Numerical Simulation of Tidal Hydrodynamic Field

Based on the 2D horizontal plane numerical model,a quasi-3D numerical model is establishedfor coastal regions of shallow water.The characteristics of this model are that the velocity profiles can be ob-tained at the same time when the equations of the value of difference between the horizontal current velocityand its depth-averaged velocity in the vertical direction are solved and the results obtained are consistent withthe results of the 2D model.The circulating flow in the rectangular area induced by wind is simulated and ap-plied to the tidal flow field of the radial sandbanks in the South Yellow Sea.The computational results fromthis quasi-3D model are in good agreement with analytical results and observed data.The solution of the finitedifference equations has been found to be stable,and the model is simple,effective and practical.     

钱塘江涌潮二维数值模拟

采用基于准确Riemann解的Godunov格式,求解包括底坡项的二维浅水流动方程,应用WLF(water level-bottom topogra-phy formulation)方法求解Riemann解。经实测涌潮资料验证,较好地模拟了钱塘江涌潮的发生、发展及其衰减的过程,复演了涌潮的相交、反射和一线潮等现象,对钱塘江涌潮宏观规律的认识有所加深。     

象山港内三维动边界潮流的数值模拟

象山港是一具有广阔潮滩和大潮差区域的半封闭型海湾,进行数值模拟时必须引入动边界技术来考虑露漫滩的影响.在二维模式中引入动边界技术相对成熟一些,而将这些二维模式使用的露漫滩处理方法简单地搬入三维模式中,常遇到由于边界不连续变动而产生的数值"噪音"及计算不稳定现象.原始POM(Princeton ocean model)模型采用固定边界,没有使用动边界技术,故无法模拟漫滩流.借鉴BURCHARD et al 2004年的研究工作,在原始POM模型的基础上,突破其为固定边界模式的局限,基于尽量使模式物理上满足流动简化需要的原则,引入了一种较为自然的动边界处理技术,使得在非常浅水处和复杂的地形情况下,应用合理的数学表达式体现该物理过程.当总水深大于设定的临界水深时,体现的数学方程是通常形式的动量方程;而当总水深接近设定的最小允许水深时,模型的动量方程被简化为变化率、摩擦力和正压梯度等项之间的平衡关系,此时由于摩擦力占优,相应的流速也会趋于0,这样可以有效避免计算中出现负水深.除在非常浅水处对动量方程作简化外,对于陡坡地形附近的露漫滩问题,当发生一个网格点上的水位低于相邻格点海床的现象时,还需对正压梯度的求解作一个简单的数值处理,以避免不合理值的出现.此外,通过修改原始POM模型的底摩擦系数表达式,可使模型在模拟露漫滩过程时计算更加稳定.改进后的POM模型被用来模拟象山港海域内的三维潮流场,模型计算结果与2个潮位站、1个锚系站和2个船测连续站资料进行了比较,符合良好.整个模型很好地再现了象山港内大区域三维涨、落潮流特征和变化规律,同时象山港顶区域涨憩、落急、落憩和涨急4个特征时刻的流场水平和垂直分布变化过程反映该模型能很好地反映涨、落潮造成的潮间带的露漫滩过程,由此说明对原始POM模型所作的修改是十分有效和可行的,有利于进一步扩充POM模型的应用范围.