海域组合单元水质模型参数反演方法研究

参数反演是海域水质模型验证工作的主要难点之一,同时模型模拟海域内参数的统一赋值又降低了其实际的物理意义.本文建立海域组合单元水质模型参数反演的新方法:将研究海域划分为若干单元,敏感参数在各单元中独立赋值.将基于人工神经网络的数据驱动模型同水质模型有机结合,通过水质模型计算多参数匹配设计的工况,构建海域内部观测点的解集;以数据驱动模型归纳建立状态变量(污染物浓度)同多个控制变量(模型参数)之间的非线性关系.将实测资料带入关系中,进行模型参数随地域变化的组合单元优化反演研究.以渤海海域水质模型多参数反演为例,采用"孪生"试验验证参数组合单元反演新方法的可行性,结果表明该方法是有效的.     

海域组合单元水质模型多污染源浓度优化反演方法研究

污染源项反演是海域水质模型验证工作的主要难点之一.本文根据污染源项和监测点位的地理位置及空间分布将研究海域划分为若干单元,建立海域组合单元水质模型,并与基于人工神经网络的数据驱动模型有机结合,提出污染源浓度优化反演的新方法:通过多污染源项设计算例的水质模型计算,构建海域内部监测点污染物浓度响应集;以数据驱动模型建立监测点同污染源项之间浓度的非线性关系;将实测资料带入非线性关系中,获得多源项匹配关系,进行污染源浓度的优化反演研究.以渤海湾海域水质模型7个污染源浓度的优化反演为例,采用"孪生"试验验证反演新方法的可行性,结果表明该方法是有效的.     

动水环境中射流喷角对射流特性影响数值模拟

在应力代数模型基础上引入密度状态方程建立了变密度的各向异性湍浮力射流模型,并给出了浮力系数的简单计算式.对存在密度差的射流进行了数值计算,所得轨迹线与实验结果吻合良好.应用有限体积法对流动环境中不同喷角二维立面射流流场特性进行了数值分析,对涡心及分离点位置与喷角关系的结果分析表明喷角为90°时回流区域最大.提出了面积湍动能kA概念,以此分析了流体间的掺混强度与喷角间的关系,结果表明喷角为90°时最有利于射流水体与环境水体间的掺混.     

三维海洋紊流模型对杭州湾附近潮流场数值模拟

采用一种半隐式三维海洋紊模型对杭州湾及长江口附近潮流进行了数值模拟,该模型在垂上向采用σ坐标,可以较精细地处理表面和底层,较好地模拟地形的垂向变化和密度分层对潮流场的影响,潮汐流的潮位和潮流速的二维、三维模拟结果与实测结果符合良好。     

人工神经网络在潮汐预测中应用研究

海洋环境中,精确预测潮汐是关系到建筑物和人类活动的重要工作.利用人工神经网络进行单测站潮位和多测站对应潮位预测,并结合潮汐现象的特点,提出了在预测之前有针对性的数据处理分析方法--周期分析概念,并将其应用到实际的潮位预测当中,实例证明这种方法可以解决潮位预测中存在的时滞问题,提高了预测的精度.同时根据不同测站潮汐数据之间的相关性,以及潮汐数据规律性较强这一特点,进行了不同潮位测站之间的对应潮位预测,取得了很好的结果.     

规则波对水平板冲击作用试验研究

波浪对透空式海上建筑物的冲击作用已经成为影响此类建筑物安全的重要因素.进行了单向规则波对方形水平板冲击作用水槽试验研究.总计进行了4个方向(0°,垂向规则波;15°、30°、45°,斜向规则波),入射波高H=7.5～20.0cm,增量2.5cm,周期T=1.0～2.0s,增量0.2s,水平板底面距离静水面的高度Δh与H的比值0～0.5,增量0.1的试验研究.采用小波分析方法去除了由于测压传感器振荡引起的测量数据的噪音信号.讨论了上托力与相对入射波高H/d、相对板宽B/L、相对净空Δh/H的关系.     

基于数据驱动模型的潮位和潮流预测方法研究

为解决工程海域潮位、潮流资料不足给海洋工程设计和数学模型建立带来的不确定性,根据单测站潮位潮流的自相关性、对应测站潮位或潮流以及潮位与潮流之间的互相关性,建立基于数据驱动模型人工神经网络的单测站潮位、潮流(流速、流向)预测模型;多测站潮位、潮流对应预测模型;潮位与潮流对应预测模型.以复杂海况下的实测潮位、潮流资料进行模型验证,重现了潮位、潮流自身及相互之间的非线性映射关系.模型预测结果与现场实测数据的比较及其误差分析表明,该模型具有结构简单、精度高的优点,适用于解决工程实际问题.     

区域综合承载力的多子系统非线性集对耦合评价

区域综合承载力评价是不确定性系统的分析问题,包含高度的非线性关系.作者建立了多子系统非线性隶属函数的集对耦合分析综合评价方法与系统的评价步骤,提出了针对不同评价指标的非线性隶属函数构建形式,并首次将水环境指标纳入到区域综合承载力评价体系之中.通过天津滨海新区区域综合承载力评价验证方法体系有效性,结果表明其不仅具有简洁、易操作和高精度等优点,同时可以为区域科学管理及时提供综合承载力的制约因子.     

基于GPU并行算法的水动力数学模型建立及其效率分析

应用非结构化网格建立水动力模型目前已经得到了广泛的应用.针对在网格数过多,且无集群机情况下难以快速获得计算结果这一问题,基于GPU的高性能计算技术,在CUDA开发平台下设计并行算法,建立非结构化网格的二维水动力模型.与利用GTX460显卡和集群机的计算效率对比表明,在保持计算精度的前提下,速度提升了一个量级,且随着网格数的持续递增,可以保持较高的加速比增幅,比较适合应用于大范围海域的水动力模型的数值计算.     

基于Fluent的白内障术后房水流体力学数值分析

应用fluent软件,建立三维自然对流水动力刚体模型,探究了眼内微流体的运动.本研究将以眼球前房和后房即房水主要流动区域作为研究模型,求解眼球内部房水流动产生的压力差和温度场,分析了眼角膜温度、房水分泌流量和虹膜至晶状体的最小距离对眼内压差的影响.计算了虹膜至人工晶体不同间距下的白内障术后模型前后房眼内压的差值,通过和术前对比,分析了白内障术后并发症的水动力因素,为后续白内障术后并发症的研究提供了新的途径.