一种刺参增殖礁结构设计及流场效应研究

人工鱼礁是一种设置在水中的人工构筑物,通过人工鱼礁的建设,能够为鱼类等水生生物营造良好的生态环境,从而达到保护和增殖渔业资源的目的。根据刺参自身特点和生长习性,设计一种刺参增殖礁作为人工附着基,通过对刺参增殖礁的水动力学试验,分析刺参增殖礁单体结构对礁体周围流场效应的影响,得出在相同入流速度的情况下刺参增殖礁的受力情况;根据模拟结果,计算出刺参增殖礁上升流体积和背涡流体积,同时对刺参增殖鱼礁单体稳定性进行探讨。结果表明:刺参增殖鱼礁,由于孔径小、间隙密,上升流区和背涡流区的体积均较大。当入流流速为0.5 m/s时,刺参增殖鱼礁抗滑移系数和抗倾覆系数均大于1,表明其具有良好的安全性能。运用水动力模型模拟鱼礁区的流场效应,优化鱼礁结构设计,促进鱼礁的生物诱集和增殖效应最大化,可以为鱼礁区的建设提供理论指导和技术支持。

深海采矿水下巡检ROV水动力特性分析

为了高效稳定开采深海矿物资源,需要对深海采矿系统水下作业进行监测、维护。按照实际应用需要,自主研制了一款辅助海底多金属结核开采的水下巡检机器人(Remotely Operated Vehicle,ROV)。本文基于计算流体动力学方法,研究了ROV在进退和升沉两种主要运动模式下的阻力、表面压强及流场流线特点,同时采用滑移网格方法对螺旋桨仿真,分析了螺旋桨转动对ROV水动力性能的影响。结果表明:ROV在前进和下潜时具有较好的水动力性能,螺旋桨转动对ROV腔体内部流场及尾流区域产生梳流导流作用,减小了ROV负压区及航行阻力,后退和上升时螺旋桨转动则加剧内部流场紊乱,恶化了ROV水动力性能。

Study on short－range numerical forecasting of ocean current in the East China Sea—II．Three－dimensional diagnostic model and its application in the Bohai Sea

In this paper,a tbree-dimensional (3-D) baroclinic diagnostic model for short-range numerical forecast is proposed to calculate the monthly averaged flow field in the Bohai Sea. By using the model and monthly averaged tempeature and salinity date, monthly barotropic and baroclinic flow field are calculated,and 2-D and 3-D characteristics of flow are described and demonstrated. On the basis of the analysis of the modelling results and the observed temperature,salinity and wind data,the monthly and seasonal characteristics and generation mechanism of circulation in the Bohai Sea are also discussed. It is pointed out in this paper that in spring and autumn,the monthly averaged flow fields are not representative, for the wind direction varies in a wide range and the averaged wind field is much weaker than the instantaneous one. These results show the reliability of the model for describing the monthly characteristics in numerical forecast of ocean current.

海上热发射模式下四喷管运载火箭尾流数值模拟

为解决海上发射支持平台热发射时的设计安全问题,明确海上支持平台在运载火箭热发射过程中受到的超声速热流冲击作用,建立四喷管火箭发动机尾喷射流数值模型,计算距离甲板5 m、10 m和15 m不同情况下的射流温度、压力和速度分布。模拟结果表明,喷管与甲板距离对流场激波结构有重要影响,当距离超过10 m时,火箭尾流压力和温度分布显著下降。模拟结果对后续实施热发射时海上发射支持平台安全设计与导流结构创新具有重要参考价值。

基于k-ω SST模型的海上热发射单喷管运载火箭流场仿真

为解决海上发射装置热发射时结构安全设计问题,明确海上发射装置在热发射过程中受到射流冲击的影响,围绕单喷管火箭发动机尾焰流场特性展开研究,运用计算流体力学方法基于k-ω Shear Stress Transfer(SST)模型对三维单喷管发动机的尾焰流场进行数值模拟,得到发射过程中尾焰流场温度、速度、压力随发射高度的变化规律。模拟结果表明,喷管出口距甲板距离对流场激波结构有重要影响,当距离超过5 d_(e)(d_(e)为喷管出口直径)时火箭尾流温度和速度迅速下降,当距离超过30 d_(e)时射流恢复甲板环境压力。模拟结果可为后续海上发射平台安全设计与导流装置创新提供试验参考和理论依据。

基于竖轴漩涡水动力特性的海底矿粒采集方法试验研究

随着新能源等新兴产业的高速发展,金属矿产资源需求激增,国内外争相发展深海采矿技术。基于竖轴漩涡的水动力特性,设计了一种带有4个切向射流喷嘴的吸盘式水力集矿装置,提出应用切向射流在集矿装置内诱导生成竖轴漩涡的新集矿方法。开展水力集矿模型试验,研究竖轴漩涡集矿流场流速分布特征;分析低、中、高3种旋流度流态下,集矿流量对矿粒运动轨迹和采集率的影响。结果表明:矿粒起动轨迹随着旋流度的增加,逐渐从混乱无序转向明显的圆周运动;在特定集矿流态下,矿粒采集率随集矿流量的增加不断提高;当矿粒采集率超过90%时,集矿流量需求随着旋流度的增加而减小。通过采矿车原理样机水池测试,初步验证了集矿装置的集矿性能,可为集矿装备的设计研发与论证提供借鉴。

浅海风-浪-流-海床耦合场非定常时空演化规律及评价指标

浅海地区海床地貌与波浪场、海流场和风场之间存在很强的实时耦合作用,现有分析模型无法直接考虑海床的影响因素,更难以解释典型海床地貌与海浪、剪切流和梯度风耦合场的非定常演化机理.基于STAR-CCM+平台二次开发,构建了海底平原、海底斜坡、海槽和平坦地貌4种典型海床地貌条件下的浅海风-浪-流数值水池;提出多层质点速度耦合方法并建立了多层风-浪-流耦合模型,在初始时刻即实现了风-浪-流场解耦,对比分析了各海床地貌下波浪场、海流场和风场的时空演化规律;引入主成分分析法对各典型海床地貌下风-浪-流非定常效应进行评价,建立风-浪-流-海床耦合场全生命周期非定常评价指标.结果表明:多层风-浪-流耦合模型能更真实反映垂向风速和流速分布不均匀对波浪场的影响;海床地貌会导致波浪场在演变过程呈多阶段时程分布,其中平坦地貌、海底斜坡和海槽工况共分为波面激增、衰减和稳定阶段,海底平原工况分为外破波、内破波和爬坡阶段;海流场在演变过程呈多段式空间分布,海床导致海流场形成多涡积聚或多涡共存的现象;风-浪-流-海床耦合演化对风剖面指数产生放大作用,海床床面高度与风剖面系数成正比关系;平坦地貌、海底平原、海底斜坡和海槽的演化终期非定常评价指标分别为0.268、4.612、0.672和0.926.

海洋动力环境下深海采矿水力输送管道的空间构型及其变化规律

本文以矿浆泵水力提升系统的关键部件——水力提升管道为研究对象,建立了水力提升管道的几何非线性有限元模型,对水力提升管道在稳态下的静态特性进行了数值模拟。基于水力输送管道的静态特性,研究了软管的三维空间构型和海洋动力环境下管道内流场的流动特性。建立了基于欧拉模型的矿浆泵固-液两相流控制方程,并对软管中的固-液两相流进行了数值模拟。研究结果表明,集矿机位置变化对硬管的横向位移和弯曲应力影响较小,但对管道内流场的压力分布、固相速度分布和压力损失影响较大;洋流流速的变化对软管的空间构型和硬管的横向位移影响较小,但对管道内流场的压力损失影响较大;风浪等级对软管的空间构型和硬管的横向位移有较大影响,可以通过改变集矿机的位置来减少因洋流和风浪等级变化而引起的压力损失。

某改进型两栖车在微幅规则波中运动的数值模拟研究

根据车体在波浪中的运动特点,考虑动升力影响,建立了两栖车在微幅规则波中运动的数学模型。在计算出某改进型两栖车在微幅规则波中高速迎浪运动时升沉和纵摇特性的基础上,运用FLUENT软件,通过自定义非定常入口边界实现了两栖车在微幅规则波中运动的三维流场数值模拟,得到了升力、阻力、速度、压强和兴波等流场参数,实现了两栖车在波浪中的绕流场数值模拟,解决了以往由于忽略兴波特性导致数值计算结果随航速提高误差不断增大的问题,为高性能两栖车的外形设计研究提供了理论依据。

海口地区近地层流场与海陆风结构的研究

对海口市西郊观测的近地层流场与低空风、温探测资料进行了综合分析，讨论了位于我国北热带的海口市西郊近地层的流场特征，以及低层海陆风发生发展的观测实例及其规律。发现雨季海陆风出现频率达７５％，白天海风持续时间一般为１—４小时，最长可达１０小时。

RBCC发动机海平面零速引射模态流场数值模拟(英文)

针对中心支板式火箭基组合循环(RBCC)发动机在海平面零速引射模态下进排气系统与双模态燃烧室匹配工作时的情况进行了数值模拟,并详细分析了其流场特征。结果发现,计算网格的划分以及边界条件的设置对数值模拟的合理性和可信度有着重要的影响;与通常情况不同,零速引射模态下由于唇口附近背风区内流动分离以及低速涡流的出现,进气道的气动流道型面与其物理构型不再一致,由此带来了气体流动过程、空气引射量乃至发动机性能的改变。推而广之,该文说明了在进行RBCC发动机引射模态流场特征及其性能研究时发动机一体化计算的重要性和必要性。

湛江毗邻海域流场模型在海上搜救中的应用

依据《海岸与河口潮流泥沙模拟技术规范》建立湛江毗邻海域二维流场模型方程组[模拟区是(105°38′E、15°56′N)、(105°38′E、22°14′N)、(113°24′E、22°14′N)、(113°24′E、15°56′N)四点连线范围];采用"等步长"差分网格分割方法和ADI方法数值离散方程组,在确定了边界条件和初始值后,用追赶法求解。模拟出本研究海区的3种流场:一是潮流场;二是考虑了定常风作用后的流场;三是海上遇险目标漂流场。结果为该海域遇险目标搜寻与救助提供了技术支持。

渤海海域现今地温场分布特征

渤海海域平均大地热流值为(60.9±8.7)mW/m2,其中石臼坨凸起、沙磊田凸起和渤南凸起热流值高达70～80mW/m2,渤中凹陷、黄河口凹陷和秦南凸起次之,其热流值也达到65～75mW/m2,辽东湾、庙西、莱州湾、歧口、沙南、埕北等地区热流值较低,基本上都在65mW/m2以下。渤海海域平均地温梯度为30.8℃/km,但各构造单元存在差异,其中沙磊田凸起、渤中、渤南、石臼坨等地区地温梯度明显较高,一般为32～42℃/km之间;凹陷区地温梯度低,一般为22～32℃/km之间。渤海海域地温场的分布与渤海海域的构造形态相似,大体反映了北北东走向的郯庐断裂构造型态。

通海阀内流场的三维数值模拟

通海阀是船舶内部管路系统与外界连接的重要装置,主要用于各管路海水注入和排出的控制和调节,其性能的好坏直接影响全船各系统甚至整个船舶的性能。在实际使用中发现,通海阀噪声振动加速度偏高,对船舶声学性能产生影响。因此,以通海阀为研究对象,采用Fluent软件对通海阀在不同的开口度和流量下的内流场进行数值计算,给出通海阀阀腔内的速度场和压力场图。根据该可视化结果分析影响通海阀性能和产生噪声的原因,为通海阀的内流道优化提供理论依据。

南海海盆新生代的构造演化史

南海海盆的地壳为洋壳，在新生代它经历了大西洋型海底扩张的演化历史。海盆中有三个残留的海底扩张中心，并发生过两次海底扩张。第一次海底扩张发生在晚始新世—早渐新世，扩张方向为北西—南东向，产生了南海西北海盆和西南海盆。第二次海底扩张是在晚渐新世—早中新世进行的，形成了南海中央海盆。多扩张中心和多次海底扩张，是受周缘大陆运动所制约的，它是边缘海海底扩张的一个重要特征。作者推测，南海海盆在新生代的构造演化史，是受太平洋板块向欧亚大陆俯冲，以及印度板块与欧亚大陆发生碰撞这一双重作用所制约的。印度板块与欧亚大陆碰撞后，改变了亚洲大陆下的上地幔流场，而俯冲的太平洋岩石圈则阻挡了上地幔流场向东流动。这样，在南海地区，西部的上地幔流场是向东南方向的，而东部的流场是向南的。这可能是南海海盆的多扩张中心及多次海底扩张之原因。

南海北部大陆边缘盆地地热特征与油气富集

本文报道了莺歌海盆地、北部湾盆地共148个新测热导率数据,根据收集的钻井温度数据新增计算65个大地热流数据;结合前人研究成果绘制了南海北部大陆边缘沉积盆地的地温梯度图、大地热流分布图;系统归纳了南海北部大陆边缘油气勘探成果.结果表明,南海北部大陆边缘珠江口盆地、琼东南盆地、北部湾盆地、莺歌海盆地的平均热流值分别为68.7±11mW/m2、71.1±13mW/m2、65.7±8.9mW/m2、74.7±10mW/m2,属于典型的"热盆".热流区域分布特征总体上受大地构造背景控制,随地壳厚度从北向南,由陆架到陆坡区逐渐减薄而增高,水热活动与岩浆活动等是引起局部高热流异常的原因.盆地地温场的差异控制和约束了油气分布富集规律,从研究区油气勘探成果中可以发现,该区域的气田多发育于高热流盆地(凹陷),而中-低热流盆地(凹陷)则多孕育油田,油气田具有"北油南气"的分布特征.

软管和矿车对深海采矿系统的影响规律分析

针对海洋采矿输送系统中软管发生变形量过大容易造成管道堵塞和软管对采矿车作用力影响采矿车正常作业的问题。为解决上述问题,提出了将软管和矿车的影响纳人深海采矿系统的仿真分析中。根据采矿输送系统在作业的过程中,管道外受到波流联合作用,管道内受到浆体作用的情况,采用有限元软件对其进行计算分析。研究结果表明:软管的形态对流场分布、压力损失和矿车的作用力影响较大,软管处于极限变形时,固体颗粒部分回流造成管道堵塞;最大节点力3675.4N,影响矿车的正常作业。由于矿车的位置对软管的形态有直接的作用,在6级风浪的情况下,适当改变矿车的位置,软管两端的压力损失减小,可节约开采成本。最后通过实验验证仿真结论的准确性。

深海管道稳态流动非均匀温度场研究

为了研究深海管道稳态流动非均匀温度场,利用GAMBIT软件建立了单层管道几何模型并划分网格,利用FLUENT软件对管道在稳态流动时的非均匀温度场进行了数值模拟,对网格独立性进行了分析,确定了合理的网格划分方式,得到了管道沿程温度曲线。通过对比数值模拟与理论公式计算得到的原油温度结果,对FLUENT模型进行了验证,最后进行了管道温度场参数化分析。研究结果表明,稳态流动时管道沿程温度逐渐减小,温度梯度也逐渐减小,原油入口温度、入口流速、保温层厚度及保温层外壁与海水的换热系数均影响管道温度场的分布。研究为管道的非均匀温度效应研究提供参考。

黄海潮波系统下的GOCI反演及OSU模式海表流场数据适用性研究

黄海呈现独有的地形条件,且该海域的潮波运动独具特征。本文利用静止海洋水色成像仪(Geostationary Ocean Color Imager, GOCI)遥感反演和俄勒冈州立大学(Oregon State University,OSU)潮流模式分别获取了黄海海域的海表流场,基于该海域独特的潮波系统提出并识别潮波干涉区,进而对GOCI反演的流场做潮流提取,并对两种潮流数据作分区可用性评价,通过实测的漂流浮标数据验证评估。结果表明:利用GOCI反演和OSU潮流模式获取的海表流场具有一定程度的可靠性,GOCI反演的海表流场的流速平均相对大小误差值为0.77,OSU潮流模式获取的海表流场流速平均相对大小误差值为0.49;在靠近潮波干涉区的黄海中部海域,GOCI潮流数据与实测数据在方向上的一致性要优于OSU潮流数据,两者平均角度误差值分别为48.45°和63.10°;在远离潮波干涉区的黄海近岸海域,OSU潮流数据与实测数据在速度大小和方向上的一致性要优于GOCI潮流数据。

数值试井技术在南海油气田中的应用

针对南海油气田存在的邻井干扰试井问题、多相流试井问题及非均质油气藏试井问题,开发了新型的数值试井技术——Voronoi数值试井技术。首先以渗流力学理论和物质平衡理论为基础,建立油气水三相渗流数学模型;然后利用Voronoi网格技术将数学模型进行空间及时间离散化,将油气藏离散为多个网格单元;最后采用迭代求解,得到各网格单元压力分布及各种物性参数。该技术以精细的Voronoi网格刻画了油气藏的实际地质情况,实现了精细的试井解释;与常规技术相比较,能将局部精细网格和基本粗化网格结合在一起,做到井筒、断层等附近采用精细网格,而离井较远的地方采用稀疏的基本网格,这样既能真实刻画油气藏地质特征,又可以最大限度地减少网格数据,提高了试井运算速度和精度。在南海油气田的实际应用效果表明,该技术能很好地解决多相流等疑难试井问题,为南海复杂油气田的试井分析提供了依据和方向。