空化噪声谱特性研究

空化发生时，气泡经历成长、溃灭、反弹、再溃灭等复杂过程，辐射出尖的声压脉冲，对空泡辐射的噪声特性起主导作用。空泡一次溃灭辐射的脉冲可以用单指数函数或双指数函数来描述，空泡多次溃灭辐射的脉冲可以用振幅衰减的指数函数序列来描述，本文对这些指数模型进行了详细的分析，得到不同模型对应的噪声谱。指出了这些模型的适用范围。并对经典单空泡噪声谱的特征进行了解释和说明。

单空泡演化及辐射噪声

利用边界元方法模拟了空气－蒸汽泡在不同壁面附近的演化情况，利用数值结果得到了空泡演化过程中体积的变化规律．与声学普遍方程Ｌｉｇｈｔｈｉｌ方程式在特殊情况下的解相结合得到空泡演化过程的辐射噪声．考察了不同壁面、空泡离壁面的距离和空泡的气体含量对空泡演化及辐射噪声的影响，该方法将边界元方法得到的空泡演化情况与声学方程在特殊情况下的解结合起来，放弃理论分析上不合理的球形假设，并考虑了边界的影响，这样更符合实际的空化现象，得到了与实验相一致的结论．

空化噪声特性实验研究

利用不同类型的轴对称头体和ＮＡＣＡ１６０１２翼型做了一系列空化噪声实验，得到轴对称头体在不同空化数及不同速度下的空化噪声谱及翼型在不同的攻角下的空化噪声谱．这一系列的噪声谱表明，各种轴对称头体的空化噪声总声级随空化数的减小而升高，但噪声谱形具有明显的相似形；翼型在片空化、泡空化和云雾空化状态下所辐射的噪声谱存在明显的差别．噪声总声级的变化较为复杂，由泡空化状态转换到片空化状态，空化数虽然减小，但总声级会突然降低．针对翼型在泡空化状态下所辐射噪声谱的特征，利用单空泡溃灭理论进行了尝试性的解释和说明．

两空泡运动特性研究

本文应用边界元方法研究了两个相邻空泡的运动特性,得到了空泡的演化规律,以及空泡溃灭时的射流速度与溃灭时间的变化趋势,对于两个空泡之间的距离和半径比的影响进行了讨论。计算结果表明:不同大小的空泡在一起时则小泡会先溃灭,且小泡的存在时间与两泡的半径比成正比;大泡对小泡来说其作用相当于一固壁面,小泡会形成一指向大泡的溃灭射流。相同大小的空泡在一起溃灭时,会同时形成指向中间的射流,与单空泡在固壁面附近的溃灭情形相当。这些结果对多空泡及空泡云的研究有一定的参考价值。

噪声谱的无量纲特性

应用半球形轴对称头体做了一系列空化噪声实验，得到半球形头体在不同空化数及不同压力下的空化噪声谱．结果表明：头体的空化噪声总声级随空化数而变化，但噪声谱形具有明显的相似形．针对这种相似性，应用无量纲分析方法对噪声谱进行处理，提出了一个噪声声级与空化数的假设，将不同工况下的噪声谱归结到一条曲线上去．该曲线可以作为头体空化噪声谱的特征谱。

小波在瞬态空化噪声分析中的应用

本文采用小波变换对于空泡溃灭过程中辐射的瞬态噪声进行了分析 ,得到对应的小波系数随时间和频率的变化图象。与传统的Fourier谱相比 ,小波系数图象能描述出噪声谱中各种频率成分随时间的变化 ,更准确地反映出瞬态空化噪声的时域特征。

空泡噪声的数值研究

空泡噪声是一个非线性动边界的声辐射问题 ,作者针对这个特点 ,提出了一种新的数值方法——混合边界元法。本文应用混合边界元法对无界流场、自由面或固壁面附近空泡溃灭过程辐射的噪声进行计算 ,得到了空泡在不同情况下溃灭辐射声音的特征。结果显示混合边界元方法在这类动边界声辐射问题上 ,能体现出声音传播的延迟效应 ,体现出液体压缩性对声压峰值的影响。

河口最大浑浊带形成的动力模式和数值试验

应用改进的ECOM模式,耦合泥沙输运模型,研究理想河口最大浑浊带形成的动力机制。河口最大浑浊带位于滞流点处,上下游余流均向该处输运泥沙,造成该处泥沙汇合,而由流场辐合产生的上升流又使该处的泥沙不易落淤。南岸(河口东向)的泥沙浓度比北岸高,最大浑浊带位于南岸,这是由于盐水入侵带来的高盐水位于北岸的底层,其斜压效应使底层的环流由北向南流动,把底层高浓度的泥沙向南岸平流,聚集于南岸底层。除上游河流泥沙来源外,强大的涨落潮流冲刷床面,使沉降于床面的泥沙再次悬浮,成为余流输运泥沙的来源之一。

深水航道工程对长江口流场的影响

该文建立了一个长江口二维流场数值模型,分别对深水航道工程实施前后长江口流场进行计算,计算结果显示深水航道工程对长江口影响区域主要集中在北槽及工程施工地点附近,而对距离较远的测站影响小。通过对各测站水位、流速和断面潮量变化的分析,表明工程对长江口水位的影响较小而对流速和南北槽进口断面潮量的影响较大。

径流量和海平面变化对河口最大浑浊带的影响

应用改进的ECOM模式,耦合泥沙输运方程,研究径流量和海平面变化对河口最大浑浊带的影响.河口最大浑浊带位于滞流点处,底层上下游余流均向该处输运泥沙,造成该处泥沙汇合,而由流场辐合产生的上升流又使该处的泥沙不易落淤.由于盐水入侵带来的高盐水位于北岸的底层,其斜压效应使底层的横向环流由北向南流动,把底层高浓度的泥沙向南岸平流,使得最大浑浊带位于南岸.研究河口最大浑浊带现象必须使用三维泥沙输运模式.在径流量增大的情况下,与控制试验相比底层向陆的密度流减弱,滞流点下移,导致最大浑浊带也下移;因上游来沙量增加,在最大浑浊带中心和河口拦门沙处悬浮泥沙浓度趋于增加.在径流量减少的情况下,最大浑浊带的变化趋势与径流量增大情况的结果相反.在海平面上升的情况下,拦门沙区域底层向陆的密度流趋于增强,滞流点上移,最大浑浊带也相应向上游移动;最大浑浊带中心处泥沙浓度趋于增大,但口门拦门沙处泥沙浓度趋于减小.径流量和海平面变化对最大浑浊带影响明显.

吕泗上升流观测和动力机制模拟分析

基于2000年8月长江口外现场观测的分析,首次发现在长江口外吕泗附近存在着上升流现象。该上升流将下层的冷水和营养盐带向上层,对海区的环境和生态具有重要的影响。为了解该上升流的动力机制,作者利用基于ECOM_si建立的一个水平球面坐标系的高分辨率湍流闭合的三维环流数值模式研究该上升流现象。该模式计算区域包括东海、黄海和渤海,考虑实际岸线和水深。在综合考虑风应力、开边界体积通量和密度梯度力的情况下,模拟结果再现了吕泗海区的上升流现象,与观测结果较为一致。数值试验结果表明,产生该处上升流的动力机制主要是盐淡水混合产生的斜压效应,风应力的作用较弱,边界水体积通量产生的正压效应不起作用。倾斜的底形与斜压效应、风应力的联合作用使吕泗海区的上升流更明显。

长江口盐水入侵数值模型研究

本文利用ECOM模式建立了一个长江口水动力盐度三维数值模型。当水底地形变化比较剧烈时,原ECOM模式中水平扩散项的计算就可能产生虚假的流场和物质输运,所以文中首先对ECOM模式物质输运方程的水平扩散项计算方法进行改进,采用返回z坐标系计算,离散变量利用σ层二次Lagrange插值得到。对于改进方法,文中采用Huang&Spaulding提出的数值试验进行验证,证明此方法大大地提高了水平扩散项的计算精度。改进模型采用长江口实测水文资料进行率定验证,计算和分析了南北槽垂向盐度分布和盐水通量过程,结果表明,模型能较好反映测点盐度变化过程,也能较好地模拟出垂向表底层的盐度差异。

采用质点跟踪方法对物质输运方程平流项数值格式的改进

用数值模式对河口海岸地区的物质输运进行计算时,平流项的数值格式必须要能对物质浓度锋面进行正确处理,以避免产生过多的数值耗散或频散。本文中设计了一种在网格内设置一些质点并对质点进行跟踪的格式计算平流项。结果表明,质点跟踪格式在一维情形下无频散和几乎没有耗散,在二维情形下无频散和在水深变化剧烈的地方基本避免了垂向数值耗散。与其他数值格式的耗散性和频散性相比,本文中设计的数值格式明显地提高了物质输运方程中平流项的计算精度,在河口海洋物质输运的计算中具有较大的应用价值。

水沙数学模型在线计算的初步实现

利用混合语言编程、JavaScript脚本和PHP语言等技术,开创性地将河流水沙数学模型、可视化前后处理技术和计算机网络技术三者结合起来,初步实现了洪水演进、河道冲淤等水沙数学模型模拟的在线计算过程;并以长江中游下荆江藕池至监利河段为例,给出了该河段河道维护与管理在线计算平台的演示成果。

长江口横沙通道近期演变及水动力特性分析

基于近十年来的实测水文地形资料,分析了横沙通道河床演变基本特性和水、沙变化情况,初步揭示了横沙通道的基本演变趋势和动力特性。同时利用数学模型(SWEM),统一边界条件后,详细比较多年来横沙通道水动力因子变化过程,包括潮位、流速、流向、优势流等;通过长系列统一边界的潮流数模计算比较,分析了横沙通道水动力特性。最后结合实测资料及数模计算结果,分析了横沙通道的变化情况与北槽和北港变化情况的基本关系以及基本发展趋势。

长江口深水航道治理工程中科研及监测技术创新综述

长江口深水航道工程不仅规模大、投资多、工期紧,而且建设条件具有鲜明的地域性特点,在充分吸纳国内外成功经验和先进技术的基础上,依靠科技创新,在现场监测、泥沙基本理论、物理模型试验及数学模型计算等方面都取得了重要的创新成果。由于长江口深水航道工程在现场监测及科研工作方面投入了大量的力量,使长江口深水航道整治工程取得了预期的目标,创造了巨大的社会和经济效益。

长江口北槽泥沙运动现场示踪分析研究

研究利用铱(Ir)作为信号元素制备示踪沙,在长江口北槽深水航道维护困难区段开展示踪沙的现场投放及回收试验。利用火试金法对回收的泥沙样品进行痕量铱金属的提炼,并将其富集在微小铅珠中;再将铅珠压成薄片,并作为原子反应堆照射靶样进行中子活化分析,检测铱的含量。实验结果表明,在位于北槽深水航道北侧的3#坑投放示踪沙,北槽试验区所有泥沙样品中均检测出铱含量,其中位于深水航道南侧滩地上泥样中铱含量最高。因此,北侧3#贮泥坑流失的泥沙存在着跨越航道进入南侧边滩的情况,这对北槽中段航道回淤的影响较大,为改善北槽深水航道困难段的维护条件需要改进该处的抛吹泥工艺或限制抛泥活动。

长江口深水航道整治工程影响数值研究

长江口深水航道整治工程使得南港北槽开通12.5 m水深航道,长江口河势及不同汊道动力条件随深水航道整治工程的完工发生了一系列的变化。利用长江口深水航道整治工程实施前后地形资料,分析出工程对长江口各汊道的地形变化的影响,同时应用上海河口海岸科学研究中心自主开发的平面二维模型模型计算了长江口流场变化,给出南北港、南北潮涨落潮分流比的变化,并分析了导致这种变化的主要原因。

长江口北槽深水航道整治工程贮泥坑抛泥过程监测分析

对北槽航道维护使用的3#贮泥坑抛泥流失率进行现场监测和分析研究。监测内容包括应用多波束地形测量仪测得贮泥坑抛吹泥前后的准确容积变化,采用表层取样法测量贮泥坑抛泥后的表层泥沙密度及采用柱状采样器测量贮泥坑不同深度的泥沙密度,综合容积变化和密度结果可以得到实际入坑泥沙量,结合实际抛泥量计算出贮泥坑的抛泥流失率。监测结果表明该贮泥坑的抛泥流失率达到76%。同步监测的流速结果表明贮泥坑周边动力强、流速快,流速快是造成该贮泥坑抛泥流失率大的主要原因。建议该坑向附近动力弱的坝田掩护区移动以减少该贮泥坑泥沙流失率。

无结构潮流泥沙数学模型在南通港通海港区总体规划中的应用

采用长江口航道维护管理核心计算平台《SWEM2D/3D》对南通港通海港区总体规划方案进行了潮流场的数值模拟研究。研究结果表明港区工程实施后对于徐六泾河段而言,是进一步加强了束流作用,工程效应范围集中在束流段的上段及圈围线前沿约1.5 km处;码头工程对苏通大桥主通航孔影响较小,落潮主流走主通航孔的情况不会改变,通航孔处流向基本无变化。规划港区码头工程对长江主航道、白茆沙水道、北支水道、新开沙夹槽、福山倒套等影响较圈围工程而言微小,对航线安全和船舶安全使用航道不构成威胁。