极端海况下重力式网箱系泊系统数值模拟

开展系泊系统水动力研究对于大型深海重力式网箱在恶劣海况条件下的长期使用具有重要意义.首先采用集中质量法构建重力式网箱系泊系统简化力学模型,基于海洋工程水动力分析软件O rcaFlex建立重力式网箱数值模型,并通过水池物理模型试验验证了在规则波工况下数值模拟结果的可靠性;进而针对钦州湾20 m水深的重力式网箱系泊系统开展了极端海况下的水动力数值研究,极端海况采用了百年一遇极端波浪条件,考虑网箱结构的对称性特点,代表性地分析了0°与45°两种浪向角下系泊缆绳张力变化的差异.研究结果表明,当浪向角为0°即平行于系泊系统中轴线时,缆绳张力幅值较小且受力均匀.研究结论对同类型重力式网箱系泊系统的科学布置具有一定的参考价值,并为大型深海重力式网箱的规模化运行提供前期研究基础.     

HDPE圆形网箱单点系泊与多点系泊受力特性模拟分析比较

基于建立的网箱整体数学模型,以40 m周长的单点系泊(Single-point mooring)HDPE重力式圆形网箱为研究对象,对不同波浪和流速组合条件下的网箱波流力、锚绳力进行了数值计算,并与传统多点系泊(Multiple-points mooring)网箱受力结果进行了比较,分析探讨了水深、网衣高度对两种系泊形式网箱锚绳受力的影响。结果表明,无论是在纯波还是波流共同作用条件下,单点系泊网箱所受的波流力均要小于多点系泊网箱情况。在纯波条件下,两种系泊形式网箱所受的锚绳力相差较小。但在波流组合条件下,单点系泊网箱所受的锚绳力约为多点系泊网箱锚绳力的1.5倍。两种系泊形式网箱锚绳力均随着网衣高度的增加而增大,随着水深的增加而减小。当水深从20 m增加到50 m时,单点系泊网箱锚绳力减小幅度29%以上,这为今后我国深水网箱的深水化发展提供了一定的理论参考依据。     

冬季引水明渠冰盖生长的数值模拟

冬季寒区引水明渠的结冰问题会影响河道的运行和管理,文章利用热力和水力耦合的数学模型对不同条件下二维渠道内的冰盖生长进行数值模拟,通过改变水流速度、气温、水深以及风速的大小分析形成的冰盖厚度;根据数值模拟结果,得出了寒区引水明渠冰盖厚度的增长规律与冰盖形成后水流速度场和温度场的分布规律,以及不同因素对渠道结冰的影响程度.     

小尺度平面网衣流场特性数值研究

恶劣海洋条件给网箱养殖带来许多潜在风险,研究金属网衣的水动力特性及其周围的流场特性关系着鱼群养殖的质量和网箱安全性.本文基于计算流体力学(CFD)方法对小尺度平面无结金属网衣进行了数值模拟实验,研究其在均匀流作用下的水动力性能和网衣周围的流场分布,得出了随着雷诺数、网衣的攻角、网衣密实度和网眼形状变化阻力系数的变化趋势...     

曲线坐标系下考虑植被影响的k-ε-A_p固液两相双流体湍流模型

该文建立了曲线坐标系下考虑植被影响的三维k-ε-Ap固液两相双流体湍流模型,模拟弯曲渠道内布置水生植被后水流和泥沙的运动结构以及弯道内的河床变形.通过模拟试验室60°弯道内流经植被的水流流速平面结构和断面分布,验证了模型中液相模块的准确性.通过模拟60°弯道内不同植被布置情况对水流泥沙运动和床面变形的影响,验证了模型中床面变形模块的准确性.数值结果较好地再现了试验规律.计算结果表明在弯道内布置植被改变了水流流速分布,植被覆盖区域的水流流速明显降低,泥沙运动减弱;非植被覆盖区域的水流流速增大,泥沙运动加剧;合理布置植被可以减缓弯道凹岸的泥沙侵蚀;数值计算结果和试验结果之间的比较表明三维k-ε-Ap固液两相双流体湍流模型处理推移质运动的方法比三维单流体模型更加合理.     

曲线坐标系下考虑植被影响的k-ε-Ap固液两相双流体湍流模型

该文建立了曲线坐标系下考虑植被影响的三维k-ε-Ap固液两相双流体湍流模型,模拟弯曲渠道内布置水生植被后水流和泥沙的运动结构以及弯道内的河床变形.通过模拟试验室60°弯道内流经植被的水流流速平面结构和断面分布,验证了模型中液相模块的准确性.通过模拟60°弯道内不同植被布置情况对水流泥沙运动和床面变形的影响,验证了模型中床面变形模块的准确性.数值结果较好地再现了试验规律.计算结果表明在弯道内布置植被改变了水流流速分布,植被覆盖区域的水流流速明显降低,泥沙运动减弱;非植被覆盖区域的水流流速增大,泥沙运动加剧;合理布置植被可以减缓弯道凹岸的泥沙侵蚀;数值计算结果和试验结果之间的比较表明三维k-ε-Ap固液两相双流体湍流模型处理推移质运动的方法比三维单流体模型更加合理.     

浮式养殖网箱系统的数值模拟

对一种浮式网箱及其系泊系统建立了有限元模型。为了确保计算模型的准确性，对网箱系统的主要部件分别进行了模拟并与实验结果验证。进而对该模型在不同来流方向，以及网面阻力受水流遮蔽效应的影响进行了数值模拟研究。结果表明，所建立的数值模拟系统是有效和合理的，能够作为网箱设计和优化辅助系统。     

水处理絮凝动力学及其效果的数值模拟

通过杯罐试验和对其内水流流态的数值模拟,分析了搅拌桨几何尺寸和搅拌桨入水深度对絮凝效果的影响.杯罐试验水样浊度为45～450 NTU,混凝剂为复合型聚合氯化铝.应用计算流体力学软件FLUENT对试验中不同水力学条件下的水流流态进行三维数值模拟,以计算所得的紊动动能k和有效能耗ε作为评价絮凝是否充分的指标.结果表明,数值计算所得的k和ε能合理解释絮凝搅拌桨的几何尺寸及其置于水中的高度对絮凝效果的影响.     

灌区重力式挡土墙初始应力作用有限元分析

近年来我国修建工程的区域范围越来越大,遇到的工程问题也越来越多,特别是在灌区修建重力式挡土墙的初始应力作用下的变形问题,一直是困扰工程进度的难题。本文利用有限元软件ADINA针对昌马灌区某一重力式挡土墙在重力作用下的初始变形进行了分析。结果表明:基于瞬态重力作用下ADINA的数值模拟可知,重力作用下由于地基反力的作用使得挡土墙的竖直方向z的应力(σ)与变形(D)都大于水平向y这与实际是一致的。     

水流对立柱周围波浪爬升特性的影响

基于雷诺平均Navier-Stokes方程和连续性方程建立适用于波浪与水流相互作用的三维数值波浪水池,并在该数值波浪水池内对立柱周围的波浪爬升效应进行数值模拟;选用不同的波流组合方式,探讨了水流速度对柱体周围的波浪爬升效应及其所受载荷的影响,并与波浪单独作用时立柱周围的波浪爬升情况进行对比,分析了水流对柱体周围波面的扰动和水质点运动轨迹的影响.同时,对波浪单独作用下,立柱近壁面处的波浪爬升效应进行了模型试验,以验证数值计算结果的准确性.结果表明,其计算值与试验值吻合较好.     

西北太平洋西边界流系源区的数值模拟研究

采用POM模式对2005年西北太平洋西边界流系源区进行了数值模拟.针对该海区海表热通量与POM模式匹配困难的问题,在模拟过程中,分别采用由同化AMSR卫星资料插值得到的日平均海表温度场以及由NCEP资料得到的海表净热通量与长、短波辐射通量两种方案来进行海表热强迫.通过与SODA资料的分析结果对比,POM模式模拟结果较好地显示出北赤道流,黑潮源区及棉兰老海流的基本特征,两处断面流速与实际探测资料较为吻合;高度场模拟结果与实况较为一致,但0.9m水位高度线范围呈缩小-放大-缩小-放大的季节性震荡与实况中维持稳定存在一定差异;海温模拟结果与月平均的SODA资料总体一致,但在春夏两季温度略高.     

方形网箱减流效果的试验与应用

依据深水网箱实际尺寸和渔具水槽试验方法,设计方形结构网箱进行水槽减流实验。应用三维流速计测量网箱尾部各点在不同水流实验条件下的流速,分析相关数据,探讨网箱尾部的流速分布,评价浮式网箱的减流效果。流速测试范围在网箱后50～125 cm的2个水层,减流效果明显,结果显示:(1)网箱尾部的减流区域集中在网袋与来流垂直的投影面中部,而网箱两侧的流速略有增加;(2)当流速由32.23 cm/s增大到67.79 cm/s时,减流20%～45%。在网箱养殖海域设计应用网箱型的组合浮式防波堤,最大减流55%以上,表明能够满足深水网箱养殖的减流需要。     

钢板笼混凝土短柱轴压性能的数值模拟

基于ANSYS有限元平台,通过考虑材料非线性及相关几何参数,建立钢板笼混凝土短柱的三维有限元数值模型,分析不同配箍特征值下钢板笼混凝土短柱的荷载位移曲线,以及核心混凝土受压强度.结果表明:所建立的钢板笼混凝土短柱轴压有限元数值模拟分析模型是可行的,与试验结果基本吻合.     

基底宽度对石笼结构水毁影响分析

石笼在山区桥梁建设中应用广泛但水毁频发。为研究石笼结构具体的水毁模式,通过模型实验加数值模拟来对河流泥沙的冲刷形态和水流流场进行分析。结果表明:较于双排网箱,三排网箱具有良好的耐冲性能。至失稳时间,三排基础网箱桥墩最大冲刷深度超出双排基础网箱桥墩7.1%,最小冲刷深度超出双排网箱13%;网箱的主要变化是产生了一定范围的沉降,这些沉降点集中于垂直水流方向的侧倾和沿Z轴方向,其沿水流方向(X轴)产生的位移很小。     

加速移动质量作用下简支梁的动态响应

考虑移动质量块的加速度、质量和梁自身的质量等因素,研究了移动质量作加速运动时简支梁的动态响应．从简支梁的控制方程出发,采用伽辽金截断对简支梁模型进行离散化,由此形成了系统的动力学方程．数值分析时,首先考虑质量块作匀速移动时梁的动态响应,根据前人给出的结果验证了建模及计算的准确性和有效性;然后重点研究了质量块在加速移动时简支梁的动态响应,分析了加速度等参数对系统动态响应的影响．研究表明,质量块在匀速移动时和加速移动时,简支粱的动态响应有着显著的不同．     

大型深水抗风浪网箱的发展现状和鱼类养殖技术

近年来我国研制的、科技含量较高的、用于海水养殖的大型深水抗风浪网箱,能促进我国海水鱼类养殖可持续性发展。同时,利用深水网箱养殖已成为开发和利用海洋的海水养殖支柱产业。     

A320撞击刚性靶体的数值模拟及冲击载荷工程模型验证

利用通用显式动力学分析程序LS-DYNA模拟了空客A320与刚性靶体的碰撞过程,获得了飞机以不同速度撞击时的冲击载荷.通过与修正的Riera公式计算的冲击载荷对比,确定了Riera公式和冲击载荷工程模型中修正系数α的取值,并获得了α与撞击速度V₀的对应关系.根据飞机的压损载荷冲量与冲击载荷冲量之比,确定了冲击载荷工程模型中冲击载荷系数γ的取值,并获得了γ与撞击速度V₀的对应关系.工程模型与数值模拟计算的冲击载荷曲线吻合较好,验证了冲击载荷工程模型的合理性,为空客A320及相似结构飞机的冲击载荷曲线计算提供了依据.      

深海采矿长管线系统布放过程的数值仿真

运用非线性有限元方法,将深海多金属结核开采系统的扬矿硬管、扬矿泵、中间仓和扬矿软管等部分等效为不同属性的管单元,建立了1000 m水深海洋试验系统扬矿子系统的有限元分析模型;采用Morison公式计算了水下管线的液动力载荷.基于该模型,进行了长管线系统布放过程的动力学数值模拟,得出了在不同布放操作模式下扬矿子系统的各种动态响应,尤其是软管初始构形的动态形成过程;仿真显示了在某些布放操作模式下,软管缠绕现象发生的全过程.研究结果表明:集矿机着底后,在下放硬管的同时,应通过集矿机的运动使软管尽早地形成马鞍形,以有效地消除缠绕现象.     

裂缝-孔隙油藏蒸汽辅助重力泄油过程的自适应网格数值计算

为提高裂缝-孔隙双重介质油藏蒸汽辅助重力泄油(SAGD)过程数值模拟的计算速度,根据温度、各相饱和度随空间变化的快慢在不同区域采用不同尺度网格,提出双孔双渗模型下的自适应网格算法及裂缝-基质方程的解耦方法.对给出的算例分别采用全精细网格及自适应网格算法进行计算.结果表明:自适应网格法处理这类带峰面非线性问题有很好的计算...