湍流混合输运通量的数学物理描述基础——高确定性闭合的湍流二阶矩和基本特征量控制方程组

湍流,在海洋动力系统其他类运动的控制方程组中,主要以输运通量剩余项的形式出现,它是最重要的海洋混合运动主体。本文的主要研究目标是,在湍流最新研究成果及其子系统控制方程组基础上,提出高确定性的二阶矩闭合原理,导出闭合的二阶矩和基本特征量控制方程组,建立湍流输运通量的数学物理描述基础。现有的湍流基本特征量方程组,其右端项的闭合办法实际上是非独立的。因此要么在今后的研究中引入独立的闭合办法,要么回归到湍流的现场实验分析研究,给出独立的特征量实验关系,从而有可能得到湍流混合系数的解析估计。

波浪输运通量剩余量对上层海温的影响分析

提出了波浪输运通量剩余量BSMT在Princeton Ocean Model（POM）中的实现方式,探讨了BSMT的作用机制。BSMT对上层海洋有重要的影响,其作用效果与背景温度场的梯度密切相关。BSMT可使浅水区和黑潮附近区域的上50m层升温约0.1-0.3℃,且升温幅度与背景温度场的梯度及海浪过程密切相关。初步研究结果表明,BSMT作为温度控制方程驱动源项可以影响海洋上层结构,为进一步海浪-海流相互作用研究奠定了基础。

闽北附近海域悬浮体输运及通量的季节变化

基于2015年9月和12月闽北附近海域3条断面上的同步连续沉积动力学观测,结合对应时段的卫星遥感海表温度资料,研究了闽北近岸海域冬季和夏季悬浮体分布和输运通量的变化规律。结果表明,该区域的悬浮体浓度存在明显的季节性变化,冬季季风活动对水体扰动强烈,水体垂向混合较为均匀,近岸沉积物再悬浮活跃,其浓度值明显高于外海;而夏季近岸悬浮体浓度明显降低。在50m以深的外海海域,悬浮体浓度无显著的季节差异,且空间变化幅度很小。受东北季风和闽浙沿岸流的影响,冬季悬浮体总体上沿东北向西南的沿岸方向输送,输运通量由近岸向外海逐渐减小;在夏季,闽北近岸海域悬浮体输运方向与冬季一致,但输运通量显著减小;外海海域的悬浮体输运方向指向东北,输运通量明显高于冬季。在离岸断面上,中间站位(水深约50m)的悬浮体浓度低于其两侧站位的浓度,这是由于在近岸一侧主要受控于闽浙沿岸流,而外海海域主要受控于台湾暖流,50m等深线为闽浙沿岸流和台湾暖流相互作用的交汇处,受闽浙沿岸流和台湾暖流的共同影响。温度锋面与闽北附近海域内的泥质区对应关系较好,温度锋面对悬浮体向外海扩散有明显的抑制作用,温度锋面西北侧悬浮体浓度较高且沉积速率较高。

山东半岛东部靖海湾及邻近海域表层沉积物分布和输运特征分析

通过对靖海湾及邻近海域表层沉积物进行取样,结合水文观测资料,通过粒度分析、"粒径趋势"分析以及表层沉积物输运通量等的计算,探讨该区域沉积物的分布特征及运移趋势。结果表明:研究区沉积物主要有粉砂、黏土质粉砂、砂质粉砂3种类型,其中粉砂和黏土质粉砂占绝大部分;沉积物输运趋势分析表明在泽库半岛前岛村南侧海域,沉积物整体有向岬角汇聚的趋势,鹅嘴西南侧海域,沉积物在-5m等深线以浅呈现顺岸的净输运趋势,-5m以深呈现向岸的输运趋势;表层沉积物输运通量分析表明该海域的日平均单宽输沙通量较小,总体上呈现远岸大于近岸的趋势,净输沙方向为沿涨潮方向向岸输沙。

广西沿岸海域表层沉积物粒度分布与输运特征

本文利用2006—2010年在广西沿岸海域获得的409个表层沉积物样品和2个站位的水文观测资料,通过沉积物粒度参数、Gao-Collins粒径趋势分析、以及表层沉积物输运通量的计算,探讨了该区域表层沉积物的粒度分布与输运特征。结果表明,研究区表层沉积物以粉砂和砂为主,主要类型为泥、砂质泥、粉砂、泥质砂、砂、含砾泥质砂、含砾砂、砾质砂;中值粒径范围跨度较大;分选系数由岸向海逐渐变大;大部分区域呈极正偏态。研究区沉积物输运趋势整体上有向岸输运的趋势。在防城港南侧海域和雷州半岛西侧分别有一个汇聚中心,廉州湾附近沉积物向湾内堆积。潮流作用下表层沉积物输运通量的研究表明,该海域的日平均单宽输沙通量较小,与表层沉积物的运移趋势一致,净输砂方向受潮流流速和持续时间的影响。

润湿性对纳米多孔陶瓷膜输运性能的影响

为了实现复杂环境中高效回收水资源,采用先进的膜技术,基于建立的半连续超临界相反应改性实验装置对纳米多孔陶瓷膜分别进行亲水和疏水表面改性,通过接触角测量、微观结构观测等方法对润湿改性前后的纳米多孔陶瓷膜进行表征。基于单管管外水蒸气冷凝传热实验系统,对润湿改性前后的纳米多孔陶瓷膜进行了冷凝液输运特性的实验研究,揭示了混合气体温度、冷却水流速、跨膜压差和水蒸气体积分数等典型运行参数对纳米多孔陶瓷膜的冷凝液输运通量的影响规律与机理。同时,采用分子动力学方法,构建了水在不同润湿性纳米孔内输运模拟体系,研究水分子在不同润湿性纳米孔内的输运规律。

人工鱼礁建设对福建霞浦海域营养盐输运的影响

根据2012年—2013年对霞浦人工鱼礁海域调查所获得的实验数据,应用CFD软件,对礁区投放的三类不同结构单位的鱼礁组合在非定常流作用下的三维流场进行了数值模拟试验,分析了各鱼礁组合之间的流场差异,并估算了诸营养盐垂直输送通量。研究表明：三种鱼礁迎流面上升流最大高度为礁高的2.27~3.73倍,上升流最大速度与来流速度之比为0.40~0.72,上升流平均速度与来流速度之比为0.10~0.17;计算域内单位鱼礁组合上升流平均速度为10–2 cm/s量级,三种单位鱼礁组合区域营养盐垂直通量大小关系为：方型鱼礁〉船礁〉梯形台鱼礁,方型鱼礁区4PO？？-P、3NO？-N、3Si O？？-Si的平均垂直通量分别为438.3 mg/（m2·d）、2212.5 mg/（m2·d）、7288.3 mg/（m2·d）,鱼礁投放会改善该海域的水动力环境,形成典型的上升流区,海域初级生产力得以明显提升。

海南日月湾海域表层沉积物分布特征与运移趋势

海南日月湾是典型的岬角弧形海湾,海岸类型多样,底质粒级较粗。基于实测的海流、表层沉积物粒度数据,分析了海南日月湾海域表层沉积物的分布特征,计算了泥沙起动流速与表层沉积物输运通量,探讨了表层沉积物运移趋势。结果表明,研究区表层沉积物颗粒较粗,整体以含砾砂为主,其次为砾质砂、砂、砂质砾和粉砂质砂,呈圆斑状零星分布;沉积物粒级组分从最细的黏土到最粗的砾均有分布,细颗粒主要分布于研究区东侧和西侧近岸海域,粗颗粒呈NS向条带状分布于研究区中南部海域,呈现中部分选差、周边分选好的特征;研究区泥沙起动流速在近岸自东北向西南递增,在远岸自东北向西南先减小后增大,粒径对泥沙起动流速的影响大于水深,靠近分界洲岛海域,单纯的潮流作用只能使部分颗粒发生再悬浮,表层沉积物平均日净输运通量介于0.04~3.7 kg m^(−1)d^(−1),净输沙方向总体呈SW向,平均日净输运通量在东北侧海域明显高于西南侧海域,涨潮段单宽输沙率略大于落潮段单宽输沙率(R4站位除外),涨、落潮段输沙方向基本一致。

闽粤交界处大埕湾海域表层沉积物分布运移特征及沉积动力环境分区

大埕湾位于闽粤交界处,是典型的岬角弧形开放型海湾,本文基于实测的海流、表层沉积物数据,分析了大埕湾海域表层沉积物的分布特征,计算了再悬浮通量与输运通量,结合粒径趋势分析方法探讨了表层沉积物运移趋势,利用Flemming三角图示法对沉积动力环境进行分区并分析了泥沙输运的主要控制因素。结果表明,研究区表层沉积物有砂质粉砂、粉砂、含砾泥和泥4种类型,沉积物颗粒较细,整体以粉砂和泥为主,砂质粉砂和含砾泥呈圆斑状零星分布;粒级组分含量和粒度参数平面分布分区明显,黏土组分、分选系数和偏态值呈现“东北小西南大”的特点,粉砂组分和峰态值则表现出相反趋势。观测期间表层沉积物日再悬浮量为41.86 kg/m^(2),日净输运通量40.36 kg/m,逐时再悬浮通量值和单宽输沙率大小与潮流流速变化相关性较好,且涨潮段大于落潮段,净输沙指向涨潮方向,由西南向东北方向输沙。研究区沉积动力环境可划分为DⅡ、EⅡ和EⅢ3个分区,沉积物搬运以悬移为主,潮流和波浪是研究区泥沙起动及输运的主要动力,泥沙来源主要有近岸侵蚀供沙、东西两侧海域输沙以及少量短源季节性陆源碎屑补给3方面。

关于风沙层中颗粒垂向浓度分布规律等的思考

本文采用统计平均方法和二相流连续介质模型方法研究了风沙流场中颗粒浓度和输运通量沿高度的分布规律．结果表明：即使对均匀沙这一简单情形，现有的理论模型也很难证明这两个量一定服从负指数分布．针对负指数分布是经验规律这一事实，我们对现阶段常用的测算颗粒浓度的方法进行讨论，指出引进更高精度实验手段的必要性．

中纬电离层暴时形态的理论模式研究

结合观测结果对中纬电离层暴时形态进行理论模式研究．分析了两次电离层暴变事件中影响其基本形态的原子－分子含量比、上部输运通量和中性风等因素的行为，发现在这两次具有不同特点的事件中,中性风较为平稳，而原子－分子含量比和耦合输运通量的相对作用则各不相同．

双层十字翼型人工鱼礁流场效应的数值模拟

基于ANSYS Fluent平台,采用湍流模型中的大涡模拟方法(large eddy simulation, LES)对双层十字翼型人工鱼礁4种子礁的流场效应进行数值模拟,采用比混凝土体积法分析其背涡流体积、上升流体积、向上水体输运通量等流场效应数据,得到双层十字翼型鱼礁的最优礁体构造,以期为人工鱼礁的设计和选型提供科学依据。结果表明:双层十字翼型鱼礁加顶板对流场效应并无增益,上升流和背涡流相对体积变小;侧板结构对礁体的上升流和背涡流效应有明显的增益,上升流和背涡流相对体积逐渐变大,全侧板D型礁体的上升流和背涡流效应最强,上升流相对体积可达无侧板B型礁体的13.50~25.48倍,背涡流相对体积达1.40~1.61倍;向上水体输运通量约在一倍礁高处达到最大值,约在两倍礁高处降为最大值的1/2。迎流角度的改变,对D型礁体流场效应的影响无显著差异,表明D型礁体对自然海域的潮流流向有很好的适应性。