深水造流系统的垂向剖面流预报与流场特性分析

采用CFD方法通过求解N-S方程和k-ω湍流模型对深水造流系统进行了时域数值模拟.为了研究深水试验池内垂向剖面流的分布,揭示海洋深水造流系统的流场特性,建立了造流系统的三维数值模型.采用多块结构化网格对计算区域进行离散.廊道与深水池之间生成非匹配的网格,并通过交界面的方式连接.同时对深水试验区域进行实测试验.对比分析表明,计算值与实测值吻合较好,利用CFD方法模拟造流系统是可行的;试验区域水流均匀,基本不存在横向速度,垂向剖面流满足试验要求,该造流系统性能良好.对整流器、进出水廊道、导流隔墙等周围的流场分布进行了数值预报,为今后进一步研究深水造流系统的流场特性、有效控制水池内的流速、提高造流系统的效率和有流工况下模型试验的精确度提供了参考.

转捩中平均流剖面对扰动波演化的影响

对槽道流的常规转捩直接数值模拟发现,在转捩"breakdown"即将发生时,除个别T-S波以外,流场中较大幅值的波都已经停止增长;在转捩"breakdown"发生前到发生过程中的短时间内,非线性作用没有明显变化的情况下,典型未增长起来的波的实际增长率却增加了2个数量级以上.分析表明,平均流剖面稳定性改变使非线性作用的支持相对于衰减率有了明显的优势,于是流场中占大多数的长期受衰减率抑制的未增长起来的波能够急速增长,导致转捩的"breakdown"过程迅速完成。

垂直微结构湍流剖面仪速度分析与控制

湍流剖面仪的下潜速度是进行湍流观测时需要重点考虑的一个参数。根据湍流剪切数据测量原理,分析下潜速度对测量结果的影响,确定下潜速度的合理范围。受力平衡条件下,湍流仪的下潜速度由仪器净重和阻力系数决定。影响整体阻力系数的因素有3个,即3个阻力分量:主体结构的冲击阻力、黏滞阻力和阻尼刷的阻力。采用理论公式与经验公式相结合,分别计算3个阻力对应的阻力系数。根据下潜速度函数,给出速度配置的方法及应该注意的事项。仪器完成后进行下潜速度配置试验,将理论计算结果和试验结果进行比较分析,验证理论计算结果的准确性。

试验水池造流剖面数值仿真

为评估试验水池造流剖面流速分布,采用计算流体力学(CFD)软件对试验水池主体的造流剖面进行二维模拟和三维模拟。结果显示,射流倾角与流道高度对试验区水流流态具有关键性的影响。分层开启流道和不同流量配比工况可分段满足工艺指标要求的流切变,且横向水流的偏差不大于10.0%。二维模拟和三维模拟的结果存在一定差异,但整体趋势基本相同。因此,二维模拟可用于前期方案优化。

深水结构设计流剖面的推算方法研究

在深水海域,立管和锚泊等结构或系统对海流的响应很敏感,准确地推算和确定设计流剖面对结构的强度和疲劳设计至关重要。本文基于南海中部某一深水点位20年连续的海流数值后报,利用最新的经验正交函数叠加和逆一阶可靠性方法,阐明了深水结构强度和疲劳设计流剖面的推算过程;并通过与传统简化方法的对比分析,进一步验证了这种方法的先进性和易使用性,为实际工程项目中合理地确定设计流剖面提供了参考。

HIRFL单丝束流剖面监测器的运动控制系统

在HIRFL的束流诊断中,研制了单丝束流剖面监测器。文章介绍了单丝束流剖面监测器运动控制部分基于PLC和步进电机驱动器的实现,对运动控制系统的硬件和软件的设计做了详细的介绍。整个系统已经通过调试,能够满足在HIRFL束流诊断中对运动控制的要求。

波作用量守恒原理在波流相互作用中的应用

波和流相遇后，经过相互作用产生稳定的波流场．基于波作用量守恒原理，本文提出了解决Ｓｔｏｋｅｓ波与指数剖面流同向或反向相遇过程中波传播特性改变问题的五阶理论，给出了这种相互作用前后波参数间的关系和相应流场的变化，并与线性结果进行了比较．结果表明，当波流同向时，波变平缓；当波流反向时，波明显变陡．随着波流强度的增加，非线性的影响变得越来越明显，尤其当波同反向流相遇时，波幅显著增大。

确定隧道外水压力的地下水流模型——读《深埋隧道外水压力计算的解析-数值法》一文随笔

分析当前普遍使用的“折减系数法”确定隧道外水压力中存在的问题 ,建议采用地下水流数值模拟法 ,并提出建模中的注意事项 。

温度对流场中液滴运动轨迹偏转作用的研究

推导了扩散相液滴运动轨迹模型和温度场中平均流修正模型,并优化了计算方法.直接数值模拟结果表明:平均温度和温度分布方式不同都会引起温度剖面和平均流剖面发生相应的变化,但它们的表现形式各不相同.因为温度场的变化会改变液滴所受到的不平衡剪应力,所以温度不同液滴的运动轨迹也不同,这种变化的动力来源于温度剖面和平均流剖面发挥的作用,它显著地影响液滴的聚结效率,因此,适当地调节流场温度可以改善流场的聚结条件.在层流流场中液滴的运动方式受温度分布的影响具有一定的随机性,但随机变化因素中包含确定性因素.液滴的聚结效率在一定程度上依赖于流场的平均温度,但温度分布方式也是影响聚结效率的不可忽视的因素,温度是理论反演计算和简化工程计算的必要条件.

夏季风下的太湖风场-流场野外观测研究

为研究太湖风场特征、湖流特征以及不同类型风场对太湖湖流的影响,在太湖不同区域布设6台多普勒剖面流速仪和4座气象站,获取同步流场和风场数据,分析夏季风与湖流流场的关系。结果表明:(a)风场方面,空间分布具有不均匀性,各观测点间风速差异较大,各观测点间风向随风速减小而差异扩大化。(b)太湖流场具有明显的风生流特征:空间上,大风(时段平均风速在6.7 m/s以上)情况下,西部湖区出现逆时针环流,湖流分层不明显;小风(时段平均风速在3.8 m/s以下)情况下,没有明显的环流出现,上、下层湖流分层明显,各层流向相对稳定但不相同,补偿流发育。(c)流速方面,10 cm/s以下流速比率90%以上,局部区域水流速度在强风条件下可达20 cm/s。

定点式声学多普勒流速仪的应用难点与误差分析

定点式声学多普勒流速仪(简称"HADCP")在国内已较为普及,但对其应用却多停留在表面,鲜有人研究其测验误差控制及参数优化方法,影响HADCP测流精度。为解决HADCP使用中的一些疑难问题,从流速仪测验误差表现的三方面对HADCP的测流误差开展讨论。以测验误差为控制指标,对HADCP在使用中各个环节的误差来源及应用难点进行分析,并以多个实例阐明提高仪器应用精度的优化设置方法。按照所论及方法进行对照检查并合理优化,可减小测流误差,提高HADCP测流方案的整体精度。

国产深海准实时传输潜标系统设计

基于海洋环境安全保障、海洋环境预报和海洋科学研究的需要,开展国产深海准实时传输潜标系统的设计,重点进行锚泊系统水动力分析、观测设备工作同步性、准实时通讯系统安全可靠和系统低功耗等整体技术设计;开展轻型感应耦合传输缆制作、大深度感应耦合传输和智能收放通讯等数据实时通讯技术的研究;进行适用于准实时传输潜标系统的多种类国产设备的稳定性和可靠性优化、规模化集成和系统化的应用示范,形成半潜升降式准实时通讯潜标与浮子式准实时通讯潜标各1套。所设计的准实时传输潜标系统集成了1台抗污染CTD、19台感应耦合CTD、8台感应耦合T、4台感应耦合传输的ADCP、2台单点海流计和6台感应耦合数据传输仪,并配有2套声学释放器;潜标系统本体设计含有3个水下流线型浮体、1套通讯浮子、1套准实时卫星通讯装置(半潜式水下绞车或海面浮子)和1套锚泊缆系,可实现深达2000 mm的剖面温盐深和海流等海洋要素的高频率、多要素、多层次的长期连续观测和数据准实时传输,以便对科学问题解决和海洋环境安全保障等提供及时的数据支撑。

深海综合观测浮标研制及其在热带西太平洋的应用

目前尽管国内近海浮标实现了产品化,但深远海尚无定型可靠的深海综合观测浮标系统,基于此,中国科学院海洋研究所设计制作了深海综合观测浮标系统,其浮标体为柱台型结构,采用单点锚泊系留。整个系统主要由浮标体、系留子系统、观测子系统、数据采集处理控制子系统、通信子系统、供电子系统、检测子系统、安全报警子系统和岸基数据接收处理子系统等9部分组成。浮标系统通过搭载不同类型的传感器,实现对风速/风向、气温、相对湿度、气压、能见度、雨量、波浪、表层水温、表层盐度、表层溶解氧、表层叶绿素、表层浊度、剖面流速流向、剖面温盐深(最大深度可达1000 m)、方位及浮标位置等要素进行实时观测,从而完成对海洋气象、水文和水质等要素的长期、连续、自动监测,并支持铱星和北斗等卫星通信方式,将观测数据实时的传输到岸基数据接收处理系统。近年来,深海综合观测浮标系统在热带西太平洋海域连续进行了4次海上应用,每次应用时间长达1 a。它提供了第一手的大洋上层和海气界面长时间序列的实时连续观测资料,促进了关于气候变化和深海大洋的研究工作。所研制的深海浮标达到目前国际同类产品(美国ATLAS浮标、日本TRITON浮标)的先进水平,并且在水下感应耦合传输等方面进行了创新,形成了自有特色。

ADCP与光纤陀螺罗经组合导航

为了实现声学多普勒流剖面仪(ADCP)的航海导航定位功能,提出了ADCP与光纤陀螺罗经进行组合导航的方案,研究了利用光纤陀螺罗经辅助ADCP进行导航定位的方法,分析比较了ADCP独立进行航位推算和光纤陀螺罗经辅助ADCP进行组合导航的精度。试验结果表明,光纤陀螺罗经辅助ADCP进行组合导航的定位精度至少提高1倍以上,其定位精度可以达到150m/h,能够满足航海导航定位的要求。

球头立铣刀前刀面形状的分析与计算

对球头立铣刀前刀面在法剖面和流屑剖面的形状进行了详细分析与计算 。

张力腿平台涡激运动模型试验与数值分析

为揭示张力腿平台涡激运动响应规律,采用数值模拟与模型试验相结合的方法研究了全水深系泊张力腿平台涡激运动响应。根据张力腿平台主尺度参数,按照几何相似制作了水池试验模型,在满足运动相似和动力相似的条件下开展了均匀流、剖面流模型试验,并将模型试验结果与数值模拟结果进行了对比,验证了数值模拟与模型试验结果的一致性。分析结果表明在均匀流作用下张力腿平台涡激运动的锁定区间在5.5<U_(r)<8.5,来流角对涡激运动影响较大。剖面流作用下平台涡激运动规律与均匀流作用基本一致,但剖面流造流引起的能量分散,使平台在XY平面的运动轨迹变得不规律,系泊系统提供的回复力对涡激运动幅值有抑制作用,来流角和流速对张力腿或立管模态影响明显。论文得到结论对于张力腿平台的工程设计有一定借鉴意义。

岩石圈板块变形物理模拟研究进展综述

岩石圈板块变形物理模拟是对板块构造演化的近似再现,代表了板块构造研究的一种主要方向。自然原型向实验模型的转换是模拟的理论基础,包括原型流变剖面的确定,原型与模型间比例关系的选取,实验模型流变剖面的建立。基于流变剖面的流变模型的结构为实验模型建构不仅提供了几何学、运动学以及动力学等方面的信息,而且在物质材料选取上提供物性方面的指导。文章最后对相关技术进行了阐述,并就华南-华北大陆板块碰撞模拟的关键问题进行了探讨。

A Tangential Wind Profile for Simulating Strong Tropical Cyclones with MM5

A new tangential wind profile for simulating strong tropical cyclones is put forward and planted into the NCAR- AFWA tropical cyclone bogussing scheme in MM5. The scheme for the new profile can make full use of the information from routine typhoon reports, including not only the maximum wind, but also the additional information of the wind speeds of 25.7 and 15.4 ms-1 and their corresponding radii, which are usually provided for strong cyclones. Thus, the new profile can be used to describe the outer structure of cyclones more accurately than by using the earlier scheme of MM5 in which on- ly the maximum wind speed is considered. Numerical experimental forecasts of two strong tropical cyclones are performed to examine the new profile. Results show that by using the new profile the prediction of both cyclones’ intensity can be obvi- ously improved, but the effects on the track prediction of the two cyclones are different. It seems that the new profile might be more suitable for strong cyclones with shifted tracks. However, the conclusion is drawn from only two typhoon cases, so more cases are needed to evaluate the new profile.

曲面型前刀面实际切削前角的建模与分析

采用向量矩阵的方法,建立了曲面型前刀面车刀实际前角计算的数学模型,利用该模型可以计算出法剖面、主剖面和流屑剖面内前角的大小,从而为车刀的结构设计和卷屑槽槽型的研究提供了基础数据。最后给出了计算实例并进行了分析。