台湾苏澳港台风浪数值模拟与分析

苏澳港位于台湾的东部海岸,是台湾天然良港,其所处位置正好在西北太平洋夏秋季节台风路径上,易遭受台风袭击而产生风暴潮和台风浪.针对苏澳港及附近海域地理位置特殊、水文环境特征典型,极具研究价值,本研究选择了具有代表性的200808号台风和200815号台风,利用第3代海浪模式SWAN(simulation waves nearshore),采用嵌套方法,使用海图水深数据,Holland台风模型气压场,对台风影响下苏澳港台风浪进行了精细化的模拟.结果表明,数值模拟数据与实测资料吻合,能反应计算区域的特征;台风影响期间苏澳港的内外两重防波堤的设计结构对阻挡外海较大海浪的传入有明显的作用,可使港内外的有效波高差达到9m以上;港北侧波浪有明显的折射现象.     

1307号台风“苏力”台风浪数值模拟

以T639预报风场驱动目前国际先进的第三代海浪模式WW3(WAVEWATCH-III),对发生在2013年7月中旬的1307号台风"苏力"所致的海浪场进行数值模拟,并利用来自台湾岛、朝鲜半岛、日本的浮标观测资料,验证模拟台风浪场的有效性,进而对台风浪的结构特征进行分析,以期为台风浪场的数值预报、防灾减灾等提供科学依据.结果表明:1)以T639预报风场驱动WW3海浪模式,模拟的台风浪场较好地刻画了台风"苏力"的结构特征;2)与浮标观测资料对比发现,模拟有效波高整体上具有较高精度,与观测值在曲线走势上保持了较好的一致性,在数值上稍大于观测值;3)澎湖浮标站处的模拟有效波高与观测值出现较大差异,这应该与台湾海峡的复杂地形、T639预报风场在台湾海峡的准确度有关;4)台风海浪场与海表风场表现出较好的一致性,台风位于大洋时,高值中心的有效波高可达13m以上,台风逼近福建沿海时,带来了11m左右的巨浪.     

台风云系的数值模拟

利用高分辨率中尺度数值模式输出的大气中云水、冰水、雨水、雪水成功地模拟出1997年登陆台风Winnie的云系结构。模拟云图与气象卫星实际观测的台风云图非常相似。由于模拟云图可以给出大气中不同形态水物质的三维空间分布,弥补了卫星只能观测云顶表面的不足。模拟云图揭示出了台风云系中的中尺度云带以及台风Winnie登陆后从热带气旋变性为温带气旋过程中云系结构的变化。     

台湾海峡M2分潮形态分布数值模拟研究

台湾海峡大部分区域属半日潮型,半日潮的主要分量为太阴半日分潮M2.前人研究表明,台湾海峡M2分潮是由来自太平洋的大洋潮波绕台湾岛南北两端汇合而成,振幅最大区位于福建沿岸的平潭-兴化湾-湄洲湾一带.为解释这一强潮区形成的动力机制,本文运用普林斯顿海洋模型(POM)进行台湾海峡M2分潮的潮波运动数值模拟.所设计的数值实验包括改变科氏力、海底地形以及岸界3个方面.实验表明,形成海峡西岸强潮区的机制主要是南北两股潮波在浅水区的汇合及岸界反射.     

湛江港海域台风浪模拟研究

利用第3代近岸海浪数值模式对影响南海湛江港海域的3次台风浪过程进行了模拟研究。结果表明：由藤田台风模型同化相应时刻的台风要素、NCAR网格点资料、单站观测资料后提供模式所需风场,利用自嵌套方式提供模式所需波谱边界条件的处理方法,对这3次台风浪的模拟来说,是较为理想的,此方案可为该海域台风浪的模拟预报提供较好的参考。     

混合弯管湍流的数值模拟

正确计算出弯管内流体交汇处附近的流场和温度场的分布情况,对于设计合适的入口管道位置具有重要意义.以工程中常见的弯管为例,应用计算流体力学(CFD)技术,研究管中的流体状态参数.使用目前通用的专业CFD数值计算软件FLUENT对管道内流体进行二维数值模拟,分别对算例采用一阶离散化方法和二阶离散化方法进行模拟,并对二者的结果进行比较分析.结果表明,以k-ε双方程模型解决这样的问题可获得满意的结果.     

细胞再生模型的数值模拟和定性分析

针对一个组织被切割后如何再生的问题,对活化质-抑制剂模型描述的细胞再生模型,应用交替方向隐格式方法,进行了数值模拟,画出了模型三维图像,并用李雅普诺夫-施密特方法对它的平衡点作了分析。结果表明,在一定的参数范围内,该平衡点为超临界分岔点,也为鞍-结分岔点。这表示参数经过一个临界值后,由原来再生一个细胞变成再生两个细胞。     

液化天然气泄漏扩散数值模拟

针对液化天然气水面泄漏蒸发产生的低温天然气扩散问题,基于Monin-Obukhov相似理论,使用FLUENT软件,模拟Coyote系列实验3、5.计算结果与实验结果、SLAB和DE-GADIS模型模拟结果比较表明,使用FLUENT软件模拟结果更接近实验数值.同时,通过设定FLUENT软件中壁面的热传导速率和液化天然气的蒸发速率,模拟液化天然气在水面和地面泄漏和扩散过程,结果表明,液化天然气水面泄漏扩散时水面最大体积分数高于地面泄漏扩散情况.     

厦门湾常风浪场数值模拟

通过采用目前国际上较为先进的第三代近岸海浪数值模型SWAN(Simulation waves nearshore),实现厦门湾常风浪场的数值模拟.先分别计算平潭、崇武、东山3个海洋观测站16个风向的多年平均风场,实现台湾海峡常风浪场的数值模拟,再将模拟结果嵌套人厦门湾,根据实测风场,进行厦门湾常风浪场的数值模拟.模拟结果显示厦门湾常风浪场主要受两个因素的影响,一是风的作用,二是从台湾海峡传进港湾的波浪.厦门湾湾口的有效波高和有效周期均大于湾顶.在主风向风作用下,湾口区有效波高可达1.8 m,有效周期可达6 s,湾顶则约为0.2 m和2.1 s.     

台湾海峡漂移物运动轨迹的数值模拟

海流、风和湍流所造成的随机运动是影响漂移物运动的主要因素.因此,在ROMS三维海流预报系统中台湾海峡的计算结果的基础上,采用拉格朗日追踪法建立了漂移物运动轨迹的预测模式.模式利用敏感性实验数据校正风导漂移模式的风导系数,实验表明,在风导系数为0.01时,模式轨迹与实验浮子轨迹吻合度较高.在此基础上,研究采用多粒子方法模拟湍流涡动作用下漂移物的随机运动,反映漂移物运动轨迹的多种可能性.最后,在给定95%的置信水平,并达到70%的保证率的条件下,反推得到随机运动模型的扰动系数的合理值.     

基于FLUENT的离心泵内部流动的数值模拟

基于三维雷诺时均的Navier—Stokes方程和标准的k-ε湍流模型,采用三维无结构网格及压强连接的隐式修正SIMPLEC算法,利用Fluent中提供的多重参考系（MRF）模型,对IB型离心泵进行内部流动的数值模拟,根据计算结果分析了离心泵内的流动规律,并揭示出了离心泵内存在漩涡、二次流等不良的流动现象;并将离心泵性能的预测值与实验值作了比较,以验证计算结果的正确性。     

基于FLUENT的离心泵内部流动的数值模拟

本文基于三维雷诺时均的Navier-Stokes方程和标准的κ-ε湍流模型,采用三维无结构网格及压强连接的隐式修正SIMPLEC算法,利用Fluent中提供的多重参考系(MRF)模型,对IB型离心泵进行内部流动的数值模拟,根据计算结果分析了离心泵内的流动规律,并揭示出了离心泵内存在漩涡、二次流等不良的流动现象。本文还将离心泵性能的预测值与实验值作了比较以验证计算结果的正确性。     

自锻破片侵彻混凝土的数值模拟

为使串联战斗部中的聚能装药结构在短靶距内形成形状和侵彻能力较好的自锻破片(EFP),通过数值模拟的方法,研究了多级串联战斗部中自锻破片的形成及其对混凝土地下掩体的侵彻过程. 通过设计前级聚能装药结构,既保证了随进弹的装药量,又为随进弹的侵彻开辟了适当口径和深度的孔道. 总结了在计算过程中的几个关键步骤和处理方法;研究了药型罩的壁厚、锥角和聚能装药的起爆方式对EFP的影响. 研究结果表明:在二维轴对称的计算模型中,环形起爆方式有利于形成质量较好的EFP;聚能装药的壁厚越大,EFP的直径越大,侵彻深度越小;聚能装药的锥角越大,EFP的直径越大,速度越小.     

离心铸造梯度功能材料凝固过程的数值模拟

介绍对离心铸造梯度功能材料的成形过程中的温度场、浓度场的计算方法，实现凝固过程中温度和初生相浓度变化的数值模拟。     

台风风场研究及其数值模拟

对近年来台风风场研究及其数值模拟方法作了论述.阐述了浮标和地面台站观测、飞机侦察、雷达卫星高空观测等台风观测手段;阐明了简易参数分析模型、定常动力学模型、非定常动力学模型、运动学模型等台风风场模型;分析了既有风场模型对我国东南、华南沿海海域台风风场模拟的适用性,又论述了基于台风内各站点、基于台风影响区域、台风全路径等极值风速预测研究手段.最后,展望了台风风场数值模拟的发展趋势和需解决的问题.     

钱塘江河口围垦对台风暴潮影响的数值模拟

应用一、二维耦合的数学模型对钱塘江河口大规模围垦前后台风暴潮水位进行数值模拟,结果表明缩窄后遭遇类似9711台风及特大台风暴潮时,沿程暴潮水位均不同程度地抬升,一般盐官的抬升最大,由盐官往上游或下游递减。     

船舶机舱内热环境数值模拟

采用计算流体力学的方法对已有机舱热环境进行数值模拟,使用计算流体力学软件FLUENT对机舱内温度场与速度场的三维分布进行数值计算,根据计算结果提出机舱通风的改进意见.研究结果可为船舶机舱通风系统设计提供理论依据,并对优化设计具有指导作用.