渤海海洋溢油的数学模型

建立了嵌套模式的渤海二维水动力数学模型,模型网格采用显隐交替有限差分格式(即ADI差分格式)进行计算.用追赶法逐段求解,用调和分析法计算模型的水动力边界条件,将潮汐过程计算结果与实测资料进行对比验证其结果吻合良好.溢油数学模型理论公式考虑了实时风场和表面流场作用下油膜质心的迁移和扩散范围,模拟了海上溢油油膜运动轨迹,并用水槽实验验证了公式的正确性.在水动力模型基础上应用溢油运动模式建立了海洋溢油数学模型,对风场作用和无风作用两种条件下的静止点源瞬时溢油和连续溢油运动轨迹和扩散范围进行了计算、分析和比较,并计算了有、无风场作用时移动点源连续溢油污染扩散范围,为海洋溢油数学模型的研究提供了较完整的思路.     

海底沉船溢油轨迹及溢油速度数值模拟

为探索溢油在海底水环境中的运动规律及溢出速度与溢出量的变化趋势,采用流体体积法(VOF)追踪自由界面,以FLUENT为计算平台,建立二维海底沉船溢油模型,动态模拟海底溢油漂移扩散变化的全过程.结果表明,海底沉船溢油初期溢出物为空气与油混合物,溢出速度在瞬间达到最大值后出现波动;溢油后期的溢出物为油与水的混合物,溢油速度趋于0;溢油量随着时间的推移逐渐增加,但增加幅度逐渐减小.将模拟结果与相关实验结果对比可知,实验现象与数值模拟结果相符,该二维海底沉船溢油模型具有可行性.     

气体扩散CFD建模敏感性分析

 提出气体扩散计算流体力学建模敏感性分析的概念,即从众多影响模拟结果的不确定性因素中找出对建模有重要影响的方面,并监测、分析其对模拟结果的影响程度,进而选定最佳建模参数的一种不确定性分析方法。建议敏感性分析顺序应为网格依赖、边界条件、湍流模型及求解控制参数分析。重点对网格依赖和湍流模型敏感性分析的原理和方法进行了论证,并结合某高含硫集气站气体泄漏扩散建模进行了算例研究。研究结果表明,网格依赖分析可在模型预测精度和计算成本间获取平衡点;通过将各湍流模型预测结果与经验公式模型对比,可选取最适合的湍流描述方法。敏感性分析对构建合适的计算模型,提高计算精度,降低计算成本具有重要意义,是气体泄漏扩散建模中不可或缺的重要环节。     

卷积神经网络在SAR图像海面溢油检测中的应用

针对合成孔径雷达（SAR）海面溢油检测问题，采用Yolov4目标检测模型、语义分割网络（U-Net）模型、Xception预训练模型等多种卷积神经网络模型进行SAR图像海面溢油检测的模拟实验。基于一个仅有790个样本的像素为256×256的SAR图像海面溢油数据集，深入对比研究了3种SAR图像海面溢油检测神经网络模型，分析了不同检测模型在海面溢油检测中的检测效果。实验结果表明，相较于其他两种检测模型，Xception预训练模型具有更高的SAR图像海面溢油检测精度，更加适合应用于小数据集的溢油检测。     

不同湍流模型数值模拟三维轴对称凸体分离流动的比较

采用基于非结构化网格的有限体积法对三维轴对称凸体分离流动进行了数值模拟.分别采用标准k-ε模型、可实现(Realizable)k-ε模型、低Re数k-ε模型、剪切应力输运(Shear Stress Transport,SST)k-ω模型和低Re数SST k-ω模型,进行了数值模拟和计算.给出了计算模型、流场网格以及计算结果,并与实验结果进行了对比,结果发现:低Re数k-ε模型模拟效果最佳,与实验结果最为接近.     

海底管线溢油数学模型研究

基于Lagrangian积分技术,推广了海底管线溢油数学模型,在模型中首次考虑了溢油的乳化,同时还考虑了剪切卷吸和对流卷吸以及溢油的扩散和溶解.该模型不但能够模拟不分层或分层环境中的水下溢油轨迹,而且还可以在改变水流流速的环境下模拟.讨论了不同Froude数、分层数以及溢油速度和水流速度比下的溢油轨迹和浓度值,通过多次数值模拟发现在改变小孔直径大小而保持Froude数以及溢油初速度和水流流速比不变的情况下,溢油的轨迹变化很小,且溶解总量和乳化总量都很小.将数值模拟结果与实验值进行对比,获得了令人满意的数值结果,说明该模型具有较高的准确性和可靠性,能够反映出海底管线溢油的扩散及上升轨迹.     

不同网格尺寸下三种湍流模型数值模拟方柱绕流的比较

本文利用有限体积法采用Fluent软件对方柱绕流流场进行了全面数值模拟。影响钝体周围流场的数值模拟结果的因素主要有四种计算区域的尺寸、计算网格的大小和分布、离散格式的精度阶以及湍流模型。本文考虑了三种湍流模式(标准k-ε模式,RNGk-ε模式,realizablek-ε模型)对计算结果的影响,给出了数学模型和计算结果,并与实验数据进行了比较,旨在考虑不同模型计算结果的差异;同时对每种模式采用了五种不同的网格大小尺寸,比较了近壁面网格尺寸大小对计算结果的影响。结果表明,网格太粗或太细都影响结果的正确性,因此必须选一种合适的网格尺寸。     

风力机翼型的气动模型及数值计算

考虑到不同湍流模型和边界层网格对风力机翼型气动性能有着不同的影响,采用4种边界层网格和4种湍流模型,对DU93-W-210翼型的气动性能进行数值计算,将计算结果与实验值进行比较.研究结果表明:在合适的边界层网格下,DES模型的计算结果最接近实验值,而且该模型对翼型尾流中的旋涡有很强的捕捉能力.     

斜流式喷水推进器内部三维紊流流动的数值模拟与性能分析

应用数值模拟方法研究斜流式喷水推进器内部紊流流场,基于紊流流场计算分析了其特性.采用三维贴体坐标网格对计算区域进行剖分离散,选择k-ε双方程紊流模型,应用SIMPLEC数值方法计算内流场各流动参数,进而根据流场的计算结果预测了该推进器内部泵在不同工况下的性能.计算结果与实验结果进行了对比,二者有较好的一致性.     

基于SAR影像的海洋溢油监测方法适用性分析

随着微波遥感技术的迅猛发展,利用SAR影像提取海洋溢油区域已成为监测海洋溢油的重要手段之一.首先介绍了利用SAR影像监测海洋溢油的基本原理并对主要监测方法进行适用性分析.在此基础上,利用SAR影像对珠江口担杆岛附近海面进行了海洋溢油的提取实验,并从提取精度与算法的消耗时间两个方面对各种监测方法对比分析.实验结果表明:人工神经网络法和最大类间方差法的提取结果较为接近,适用于大范围溢油监测.而马尔柯夫链法算法消耗时间长,但精度较高,更适用于实时监测溢油扩散这样的随机过程.     

潜艇阻力及流场数值仿真策略优化分析

为探寻不同湍流模型对直航潜艇阻力和流场仿真计算的影响,基于STAR-CCM+平台,以标准潜艇模型Sub-off为几何研究对象,采用有限体积法结合10种湍流模型对Sub-off的水动力及流场特征开展数值仿真研究.首先,以LES-Smagorinsky湍流模型开展网格及时间步长收敛性计算.其次,选定合适的网格方案和时间步长...     

基于微平面模型和正则化的脆性岩石损伤破裂模拟方法

为解决有限元计算在模拟脆性岩石损伤过程方面的网格依赖性问题,本文基于微平面模型和正则化方法建立了改进的微平面损伤模型,将单轴压缩条件下的岩石实验结果与数值模型进行了对比.引入不同非均质系数对三点弯曲岩石试样的损伤发展进行模拟,结果表明非均质系数越高损伤区域越集中.此外,通过引入高阶梯度正则化方法对不同特征长度的三点弯曲实验进行数值模拟.特征长度为1mm时,在不同网格尺寸下的正则化微平面模型的损伤演化结果基本相同,而没有采用正则化方法的微平面损伤模型在不同网格尺寸下出现明显的网格依赖性.最后,通过对比普通模型和正则化模型的载荷-位移曲线,发现网格密度对采用高阶梯度正则化后的微平面损伤模型损伤演化影响较低.     

基于不同湍流模型的离心泵叶轮内部流场分析

基于计算流体力学数值模拟技术,对一个低比转速离心泵叶轮内部流场流动情况进行分析研究。分别采用4种湍流模型:标准k-ε模型、RNGk-ε模型、Realizable k-ε模型和雷诺应力模型(RSM)及SIMPLE算法,对不同湍流模型及不同工况下的扬程预测曲线,比较计算时间的差别,在此基础上,比较不同模型在设计工况下的流场,并与实验结果进行了对比分析。     

海上溢油运动数值模拟方法的探讨与改进

简单总结了海上溢油数值模拟的三种模型方法——油膜扩展模式、对流扩散模式和油粒子模式,并针对目前流行的油粒子模式在油膜自身扩展过程和扩散面积计算方面的不足,根据经典Fay理论对其进行了补充和改进.提出的新模拟方法将溢油运动过程的分为自身扩展和紊动扩散两个阶段,前一阶段根据Fay理论修正模式计算,后一阶段采用油粒子方法模拟,通过“油膜粒子化”技术将两阶段进行衔接.数值模拟实验结果表明,该方法因充分考虑了溢油初始阶段的自身扩展过程,能够弥补油粒子方法的不足,符合溢油在不同时期扩散机制亦不同这一实际情况.     

非结构网格下两步压力校正算法的潮流模拟

针对非结构网格下的潮流数值计算,采用有限体积法离散基本方程,对流-扩散项离散采用幂率格式,交叉扩散项引入超松弛校正方法,水位校正方程应用Rhie-Chow动量插值思想和SIMPLEC类算法导出.采用两步压力校正法将交叉扩散项单独考虑,以提高模型对高度畸变网格的适应能力.计算结果表明,该处理方法可提高压力欠松弛系数,并能有效改善复杂区域潮流模拟的健壮性.通过对黄浦江感潮河段潮流的模拟,表明该模型的预测结果与实测资料吻合良好,模型对潮流的模拟结果是可靠的.     

复杂泄漏方式下的海上溢油行为归宿数值模拟及应用

为对海洋溢油风险及其生态环境损害影响进行评估,及时制订溢油事故应急反应决策,基于油粒子追踪法建立多源泄漏、移动泄漏等复杂泄漏方式下海上溢油行为归宿的数值模拟方法,包括海面溢油在风和海流作用下的迁移、扩散、蒸发、溶解、乳化、分散等行为动态和风化过程,并以接连发生在大连新港附近的两起船舶溢油事故作为多源泄漏的典型案例进行应用研究.结果表明,海面油膜时空分布模拟结果与调查监测数据符合较好,油污影响范围与观测报道结果基本吻合.     

典型标准水面船型阻力和黏性流场的计算

本文通过采用PISO(Pressure Implicit with Splitting of Operators)算法求解不可压缩RANS方程,对两类典型标准水面船型阻力和黏性流场问题进行数值计算验证.其中自由面的模拟采用单相Level set方法,湍流模式选取SST k-ω模型.首先以标准数学船型Wigley船为例,进行网格收敛性验证,讨论分析时间步长的选取和壁面网格参数的确定对计算结果的影响,为复杂问题的求解提供经验参考;然后在合适的网格及时间步长下计算不同Froude数(Fr)时Wigley船体受到的总阻力系数、摩擦阻力系数、船体表面波高图等,并分别与模型试验结果和经验公式估算结果对比,结果吻合很好,从而验证了该算法的可靠性.此外,还模拟计算了第二类标准船型DTMB5415的阻力系数和黏性流场,总阻力计算结果与实验结果吻合很好,船体波高图与实验结果相比稍有误差.数值计算结果和分析充分证明本文算法和计算程序的可靠性.     

海底管线溢油的数值模拟

采用VOF方法,选择压力速度耦合的PISO算法建立海底管道孔口溢油预测模型.模拟油滴在浮力的作用下的上浮过程,分析比较不同管内压力和不同水流速度条件下的溢油量、油滴漂移扩散轨迹.计算结果表明,管道内压力直接影响单位时间溢油量,而水流速度等海况条件是影响溢油行为和归宿的重要因素之一.数值模拟方法可为溢油应急决策提供理论依据.     

二维圆柱层流绕流及其控制数值模拟

采用有限体积法求解二维N-S方程,通过改变时间、空间计算参数,对雷诺数100的二维圆柱非定常流场进行了数值模拟,将所得结果与实验数据以及已有的计算结果进行了对比.并对在尾部多个位置加入不同长度阻隔板控制流动的圆柱流场进行了考察.结果发现:在合适的位置放置阻隔板,可以有效抑制尾迹中涡脱落的形成.     

轴对称通道内超临界水对流换热数值模拟

为了研究高性能轻水堆堆芯冷却通道内超临界工质流动与换热特性,采用Fluent软件对竖直上升环形通道内超临界水与管壁间的换热过程进行数值模拟研究。通过计算结果与实验结果的对比,评估了不同网格数量、壁面第1层网格参考高度和湍流模型对数值模拟准确性的影响。对5个不同湍流模型进行对比计算。针对3种热流密度进行堆芯流动换热计算。模拟结果表明:随着网格数量的增加和壁面第1层网格参考高度的降低,预测准确度逐渐提高,但当壁面第1层网格参考高度小于0.07后,预测准确度与其无关;与其他湍流模型相比较,标准k-ω模型和剪切压力传输(SST)k-ω模型都能预测传热恶化现象,SST k-ω模型较标准k-ω模型计算结果更为准确;近壁面区域物性的剧烈变化是引起传热强化及传热恶化的主要原因。