基于FUNWAVE-TVD模型的离岸养殖围网内外波浪场数值模拟研究

本研究利用完全非线性Boussinesq数值模型FUNWAVE-TVD耦合多孔介质模型,建立了模拟围网波浪场的数值模型。将计算结果和实验数据进行对比分析,验证了该模型计算规则波在穿过网箱后传播过程的准确性。进一步研究了波高和周期等因素对围网内外波浪场特性的影响,探讨了围网波浪场特性与这些水动力因素的内在联系。结果显示,离岸养殖围网的存在使波浪场背浪侧出现衰减,波高衰减率受波浪周期影响较大,最大波高衰减达到93.3%。同时,较低频规则波的波高衰减区域呈辐射状趋势扩散,并随着波浪进一步传播,最大波高衰减位置开始向两侧扩散,围网背浪侧的波高衰减程度减小,波高有恢复趋势,而高频波浪的波高衰减区域则较为集中。本研究可为实际海域桩网围护的位置和构造提供分析依据。

Active control of interior noise within an irregular enclosure under the cooperation of point force and Incident wave

A new modeling method is developed for the active control of interior noise within an irregular three-dimensional cavity under the cooperation of point force and incident wave. The validity of this method is verified by a regular cuboid enclosure. With global and local performance functions, good results are obtained in the active control of noise within the irregular enclosure according to numerical investigations.

基于声辐射模态的有源结构声传入及其辐射控制

从辐射模态的概念和角度研究利用结构误差传感方法对弹性封闭空间结构声辐射进行传感和有源控制。首先分析了辐射模态的数学和物理意义并揭示了辐射模态与声腔模态之间的内在耦合关系。通过声辐射模态建立了弹性封闭空间结构声辐射传感和有源控制模型,并提出了通过传感器阵列测量结构表面有限点的振速分布和设计特定的辐射模态空间滤波器来获得控制所需的误差信号。在此基础上对封闭空间结构声辐射有源控制和误差传感策略进行了深入的理论和数值仿真分析,重点讨论了传感器的数量和布放对辐射模态传感及其有源控制效果的影响。结果表明:辐射模态与声腔模态的耦合具有严格的选择性,各阶辐射模态的形状和与相耦合的主导声模态在耦合面上的形状非常相似;利用结构传感技术传感封闭空间的辐射模态时测点不足或空间采样不足将可能产生较严重的模态泄漏问题,使得不希望的结构模态泄露进所测的辐射模态当中来。在低频范围内,一般只需传感并最小化前三阶有效辐射模态声势能,在更低频和空间声模态频率附近,只需最小化前一阶最有效辐射模态声势能,便能和总声势能最小化策略控制效果基本一样。

水葫芦控制性种养安全围栏设计及抗风浪能力

水葫芦大水面安全控制性种养是水葫芦治理富营养化湖泊的关键技术之一。为了设计经济有效的水葫芦控制性种养设施,对水葫芦控制性种养抗风浪防飘逸设施进行了波浪水槽模拟试验,测量了水葫芦对围栏的作用力以及其在围栏前的堆积高度,并分析了水葫芦群体对风浪的消减作用。结果表明,水葫芦对围栏的作用力、在围栏前的堆积高度随水葫芦种植带宽的增加均呈现先增大后减小的变化规律,水葫芦主要是在水下形成堆积,形成一定规模后的水葫芦群体具有消波防浪的作用。水葫芦防浪带可以大大减少风浪对水葫芦生长的影响。

复杂冲击波的非听力损伤评估研究进展

介绍了国外学者在复杂冲击波造成的非听力损伤评估研究中的一些新进展,并对几种不同评估技术的优缺点以及适用范围进行了分析。最大向内胸壁速度损伤评估法、有效峰值损伤评估法和injury软件损伤评估法是目前复杂冲击波对生物损伤评估中使用最广泛的方法。用有限元方法对复杂冲击波作用下的胸腔和腹腔器官响应机制和作用机理进行研究是今后研究的深入发展方向。

平面波斜入射到有孔腔体的屏蔽效能分析

使用解析方法研究了缝隙偏离中心的有孔屏蔽腔屏蔽效能。将有孔腔体的屏蔽和传输特性用等效传输线的高次模进行分析,推导了平面波以任意角度和极化方向入射时,有孔腔体屏蔽效能的解析计算表达式。分析了入射角度、极化方向、孔缝尺寸、测试点位置、腔体壁损耗、工作频率等参量与腔体屏蔽效能的关系。经与腔体谐振频率比对,表明该解析方法得到的结果可信,而且解析公式计算速度快,利于参量分析,能为屏蔽腔体设计提供依据。

导线贯通金属腔体电磁辐射耦合电流的计算方法

为研究电磁波辐射条件下电力系统中细贯通导线引入的电磁干扰问题,提出了一种利用等效电压元思想求解细导线耦合电流的新方法,推导出金属腔体加载贯通导线时线上电流分布的估算公式,分析了耦合电流分布规律.结果表明,贯通导线对入射电磁波具有频率选择特性,贯通导线的电长度为半波长整数倍时,贯通导线上电流谐振,谐振时线上耦合电流波峰数为n,而后采用信号发生器、电流探头等设备建立了含细贯通导线金属腔体电磁耦合实验平台,通过开展贯通导线连续波电磁辐射效应实验验证了该方法的有效性.

矩形金属机壳孔缝电磁耦合特性研究

针对矩形金属机壳上孔缝在高功率电磁环境下的电磁耦合问题,提出了一种使用模式匹配法和基于矩量法求解的混合位积分方程来分析孔缝电磁耦合特性的全波混合算法.该算法考虑了高次模、孔缝形状、孔缝厚度以及入射波极化方向等因素对电磁耦合特性的影响.通过将数值仿真结果与经典孔缝电磁耦合模型的测试结果进行对比,验证了该算法具有较高的准确性,与经典的时域有限差分法相比,该算法具有很高的计算效率.研究结果表明:有孔金属机壳在外界强电磁辐射条件下具有明显的谐振效应,在谐振频率点,耦合进入机壳的电场将大大增强,且孔缝附近以及机壳中心的耦合电场峰值要高于其他位置的耦合电场峰值;随着机壳表面上孔缝厚度的增加,耦合进入其内部的电场也在减弱;当机壳上的孔缝为矩形且入射波的电场极化方向平行于矩形缝隙的短边时,对应于该极化方向的孔缝电场耦合强度是所有极化方向中最强的.

特高压气体绝缘开关设备瞬态外壳电压的全波仿真

随着特高压电网和智能变电站的发展,气体绝缘开关设备(Gas Insulated Switchgear,GIS)中隔离开关操作产生的高幅值、宽频带的瞬态外壳电压(Transient Enclosure Voltage,TEV)对汇控柜中智能组件的潜在威胁越来越大。由于TEV频率较高、模型复杂,准确地建立其宽频等效电路非常困难,而采用基于时域有限积分的全波仿真可以避开电路建模的难点,直接建立实物模型,在源和边界条件给定后将模型网格剖分进行电磁场数值计算,完全适用于TEV的仿真计算。根据某1 100k V GIS单相试验回路建立其全波仿真模型,计算获得不同位置TEV单次击穿时域波形,与实际测量结果在幅值和其他波形特征参数方面一致性较好,说明TEV全波仿真的正确性。

浅海围栏牧场中柱桩受力及波浪场分布试验

通过物理模型试验的方法,对浅海围栏牧场设施中柱桩的受力及内部波浪场进行了研究。试验模型整体采用1∶20比尺,试验波要素设定五个波高,原型分别为1、2、2.5、3、3.5m,五个波浪周期分别为5、6、7、8、9s,五个流速分别为0.5、0.76、1、1.25、1.57m/s。测量在不同波流组合以及不规则波单独作用和流单独作用下迎浪侧最前方单根桩柱的受力情况及围栏牧场内波浪场情况。试验结果显示,随着波高和流速的增加,桩柱所受到的波流力逐步增大,在计算柱桩受力时,需要考虑到网衣受力带来的影响。波高及周期越大,围栏设施内的波浪场分布规律越明显,沿着波浪传播方向呈逐渐减小趋势,小波高及短周期时波浪场分布规律不明显。

单脉冲平面波以不同方向入射时开孔屏蔽室内的耦合场研究

采用时域有限差分(FDTD)法计算了开孔屏蔽室对单脉冲平面波的耦合,取得了与实测波形一致的结果。计算结果表明:若入射波传播方向垂直于开孔面,则屏蔽室内的耦合场仅取决于屏蔽腔体的谐振特性;若入射波传播方向平行于开孔面,则屏蔽室内的耦合场为具有源特征的低频分量与屏蔽室内的高频谐振波分量组成。

固定方式对桩柱式围网网片波浪力学特性影响研究

浅海围网养殖是新兴的一种生态型养殖模式,其中比较典型的桩柱式围网,主体由排桩和网片组成.围网网衣系统安全是决定围网养殖工程安全的关键所在,因此针对桩柱式围网中的单元网片,采用数值方法对其在波浪作用下的力学特性进行了研究,着重分析了不同网片尺度和固定方式下单元网片的网线张力分布、结节偏移和桩柱系缚点受力特性.结果表明,波浪条件下桩柱式围网单元网片的网线最大张力主要出现在网片上端两侧位置,网线最大张力与网片尺寸成正比;单元网片结节最大偏移主要出现在网片的中上位置,同样结节最大偏移与网片尺寸成正比.两者均随系缚点数量的增加先减小后在系缚点多于4个时趋于稳定;网片与桩柱的系缚点最大受力出现在上端点,其次是下端点,且数值上均远远大于桩柱中间的系缚点,并随网片尺寸的增大而增大,随系缚点数量的增加而不断减小.

GIS瞬态外壳电压测量用电阻性阻抗分压器研制

随着国内特高压输电技术的发展,气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated switchgear,GIS)瞬态外壳电压(transient enclosure voltage,TEV)对人员和二次设备的安全越来越构成威胁,对TEV进行准确测量是十分必要的。文中针对特高压GIS的TEV测量需要,研制了电阻性阻抗分压器,通过仿真和实验研究该分压器的结构和参数对其阶跃响应的影响。仿真和实验结果表明当分压器高压臂电阻高压侧有均压套筒时,随着均压套筒长度增加,阶跃响应上升时间逐渐减小,当套筒长度超过一定长度后,继续增大套筒长度会使得阶跃响应的过冲迅速增加;当分压器高压电阻低压侧有屏蔽套筒时,由于对地电容的增加,分压器阶跃响应上升时间显著增大。文中研制的分压器电压上升时间约为3 ns,部分响应时间1.9 ns,过冲约为8.7%,实验表明其绝缘性能、刻度因数以及阶跃响应满足特高压GIS中TEV的测量需要。使用该测量系统已进行了TEV现场测量,测量结果稳定。

声学共振器在封闭空间中的应用

基于Helmholtz共振器原理,研究利用声学共振器降低封闭空间内部声压级。首先,利用有限元法计算封闭空间的声模态,为其内部场点和声源位置的选取提供依据。然后,根据所要降低噪声的频率设计出声学共振器,借助Virtual Lab Acoustics软件计算在封闭空间中放置声学共振器前后同一场点的声压级,经对比发现声学共振器可以明显降低封闭空间内部声压级。试验表明仿真计算结果是可信的。

频率选择表面结构的电子系统K/Ka波段电磁屏蔽分析

电子设备和无线技术不断向K/Ka波段发展以及电子系统集成度的不断提高给电子系统的电磁屏蔽设计带来了严峻挑战。提出一种将频率选择表面(FSS)用于电子系统屏蔽的新方法,可以替代传统散热孔阵,在满足通风散热性能的同时确保电子系统在5G毫米波段的电磁屏蔽性能。基于金属腔中心点屏蔽效能和全局屏蔽效能,分析了FSS孔阵排布方式、电磁波极化与入射角度对金属外壳电磁屏蔽效能(SE)的影响。结果表明:FSS孔阵排布方式对金属腔屏蔽性能的影响较小,并且SE不受入射电磁波极化方式影响;含FSS通风孔阵的金属外壳在23.0~25.5 GHz范围内屏蔽效能约为30 dB,比含传统散热孔阵金属腔屏蔽效能提高15 dB。

波浪高度及方向对桩柱式围网养殖系统网片水力特性的影响

浅海围网养殖是一种生态型养殖模式,桩柱式围网是其中最为典型的模式之一,主体由排桩和网片组成。围网网衣系统安全是决定围网工程安全的关键所在。针对桩柱式围网,采用数值模拟方法对其主要构成部件单元网片在波浪条件下的变形和受力等水力特性进行了研究,重点分析了波高(1、2、3、4、5 m)和波向(10°、30°、50°、70°、90°)条件下围网网片的网线张力分布、结节偏移和桩柱系缚点受力特性及影响关系。结果表明,桩柱式围网单元网片的网线最大张力部位主要出现在网片上端两侧位置,应用时建议强化顶部纲绳的设计考虑;波向为30°~70°时,网线最大张力有一段较小的增加量,而结节最大偏移随波向的增大而增大;网片与桩柱系缚点的最大受力呈现两端大中间小的现象,建议强化顶部和底部系缚点。以上研究结果可为桩柱式围网工程设计与安装提供参考。

草鱼网围养殖区声波的研究

对网围养殖区内草鱼的活动声涮进行了采集与分析．并将采集的声波进行了回放。结果表明．草鱼网围养殖区声波频率范围为0～3．2kHz．整个频段内没有宽带波峰。在草鱼饥饿、食饵和饱食的不同状态下养殖区内的水声特性有一定的差异。研究表明在网围养殖区通过声波回放能对草鱼起到诱集作用．在投饵回放、投饵不同放及不投饵回放声波的情况下，草鱼的响应时间分别为2．55、3．50、4．80min．存在显著差异。回放持续性声波和间隔性声波在响应时间上不存在显著差异。

软围隔系统在迎风岸坡植被恢复中的应用研究

为改善太湖贡湖生态修复区生境、恢复迎风岸坡水生植被,开展了软围隔系统在迎风岸坡植被恢复中的应用研究。从水质、水动力、水生植物指标3个方面探讨了围隔系统的作用效果。结果表明,围隔组总氮(TN)、总磷(TP)和叶绿素a(Chl-a)含量与对照组相比差异不显著(P>0.05),围隔组透明度极显著高于对照组(P<0.01);围隔系统对表层流速消减率达88.55%,对中层流速消减率达83.47%;经过2层围隔,5个监测点的波浪透射系数分别为0.118、0.070、0.267、0.088和0.164。围隔系统消流消浪效果显著。围隔组3种挺水植物的最大株高、分株数、成活率和生物量均大于对照组。软围隔系统能够为迎风岸坡水生植被恢复提供有利生境条件。

基于标量波函数法和Cohn模型的电大开孔金属腔体屏蔽效能的快速算法

针对屏蔽体中存在电大开孔的实际情况,给出了计算平面波照射下金属腔体屏蔽效能的快速算法。首先根据标量波函数法并基于Cohn模型推导出平面波通过电大开孔耦合到金属腔体中的电磁场,从而利用屏蔽效能的基本公式计算出目标点的屏蔽效能。其次利用该快速算法分析电大开孔位置不变的情况下目标点在不同坐标点时屏蔽效能的变化规律。该算法的计算结果与全波仿真软件CST仿真结果有着很好的一致性,证实了该快速算法的有效性,为有电大开孔金属腔体的屏蔽问题提供了一种可靠有效的参考。

网片出水条件下波高和水深对其水动力特性的影响

海洋围网养殖工程是养殖环境友好、品质接近野生的一种极具应用前景的海洋生态养殖模式,波浪荷载作用下网片的安全是桩柱式围网养殖生产成败的关键。波浪对桩柱式围网养殖工程网片水动力特性在出水条件下和完全淹没(始终在波谷波面以下)条件下存在较大差别,因此针对该问题使用集中质量点法计算和模拟了不同波高和水深下的网片偏移量、网线拉力分布及最大网线拉力。结果表明,网结上4根网线最大拉力分布并不在同一位置,需要更加关注波峰至波谷范围以内网片位置的加固设计和防破坏措施;在相同的波高条件下,仍需要考虑低潮位时期围网工程的安全。