圆柱镂空型人工鱼礁波流水动力特性数值模拟

研究人工鱼礁在波流作用下的水动力特性,对于人工鱼礁的设计具有重要的意义。基于有限体积法,采用边界造波,利用自由表面捕捉法(VOF)捕捉自由水面,建立了可以分别模拟纯波、均匀流以及波流共同作用下人工鱼礁水动力特性的多功能三维数值波流水槽。基于该数值模型对不同波流工况作用下圆柱型镂空人工鱼礁水动力特性进行数值模拟,并与物理模型试验结果进行比较。结果显示,人工鱼礁数值模拟受力与模型试验结果吻合良好,人工鱼礁所受的波流力最大值随着波高、周期和水流流速的增大而增大;人工鱼礁处于波流场波峰正下方时,背涡流的面积随着水流流速的增大而增大,随着波高、周期增大而减小。对单独均匀流作用、单独波浪作用和波流联合作用下人工鱼礁的水动力特性对比研究表明,人工鱼礁所受的最大波流力比最大波浪力、水流力都大,波流联合作用下的流场效应最显著,在礁体的后部形成了较大规模的漩涡结构。     

水流作用下重力式网箱浮架结构的动力响应研究

近年来深水网箱养殖设施得到了广泛的应用,浮架作为网箱结构的重要组成部分,其安全性对网箱的设计至关重要。基于有限单元法采用SHELL单元建立了浮架结构的荷载-变形数值模型,对水流作用下浮架的应力和变形进行了数值模拟,并开展物理模型试验对该数值模型进行验证。结果表明,该数值模型可以准确模拟浮架的变形,采用该数值模型,分析了不同流速条件下浮架的变形和应力,数值模拟结果显示:随着流速的增加,浮架的变形和应力逐渐增加。相同流速条件下,注水下潜后,浮架的应力和变形能够显著减小;因此,在强流条件下,可以采用浮架注水的方式,使浮架处于下潜状态,以改善浮架结构的变形和应力分布。     

大庆红旗泡水库淡水冰弯曲强度试验研究

采用三点弯曲法对大庆红旗泡水库淡水冰试样进行弯曲试验.冰梁发生破坏时,主要经历三个阶段:第一阶段是在杂质和气泡边缘首先产生微裂缝;随着荷载的增加,出现新的微裂缝,并且受拉区达到抗拉强度,此为第二阶段;此后荷载继续增加,冰中微裂缝扩展延伸为宏观裂缝,当施加的荷载大于冰梁的杭拉强度时,冰梁即被破坏,这是第三阶段.在分析上述淡水冰破坏机理的基础上,对试验结果进行研究.结果表明,水库淡水冰弯曲强度与应力速率和冰温有着密切关系.在小于2 kPa/s的应力速率范围内,随着应力速率的增大,弯曲强度减小.冰温在-5℃～15℃范围内,对应的应力速率在30～70 kPa/s范围内时,冰梁弯曲强度达到极限,同时也揭示了极限弯曲强度对应的应力速率随着温度的降低逐渐向低应力速率转化.达到极限弯曲强度后,应力速率继续增加,弯曲强度值呈减小趋势.弯曲强度随着冰温的降低呈增加趋势,且弯曲强度在-15℃时达到最大值2 270 kPa.     

毛细阻滞型腾发封顶系统中水分运移特性分析

基于非饱和渗流理论,在考虑降雨与腾发条件下,建立了填埋场腾发（ET）封顶层非饱和渗流非稳态一维控制方程。采用大连市1976年的气象资料作为降雨（48 a汛期降雨最大年份）与腾发条件,以数值方法计算所建立的一维控制方程。通过变动参数计算并分析了植被、降雨强度、降雨持续时间等对ET封顶层水力学特性的影响。计算结果表明,所提出的浅层毛细阻滞型ET封顶层,在强降雨期间,可有效储存入渗雨水而不进入填埋场内部,在无雨期间,可有效释放土层中孔隙水。相对于无植被情况,有植被覆盖的ET封顶层对雨水入渗—腾发循环的作用效果更加明显。降雨强度和降雨持续时间对封顶层含水率变化有显著影响。随着降雨强度或降雨持续时间增大,土层含水率变化逐渐增强,封顶层由上至下逐渐达到饱和,说明该ET封顶层不适用于强降雨地区。     

基于CFD的进水管布设位置对沉降式固体颗粒排污影响的数值模拟

为研究不同进水系统结构对单排污通道矩形圆弧角养殖池内沉降式固体颗粒物排出效率的影响规律,优化养殖池进水结构并提高养殖池系统的集排污性能,运用计算流体动力学(computational fluid dy-namics,CFD)仿真技术构建固-液两相流数值计算模型,研究了弧壁单管和直壁单管养殖池系统内不同密度(1100、1200、1300、1400、1500 kg/m3)和粒径(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 mm)的沉降式固体颗粒物的排出效率.结果表明:固体颗粒物的最终排出率与进水管布设方式及自身属性(密度与粒径)均相关;对于不同密度的颗粒物而言,弧壁单管进水模式下,5种密度的固体颗粒物的最终排出率较直壁单管进水模式平均提高28.60％,且随着密度的增加固体颗粒物的最终排出率呈现先增大后减小的趋势,直壁单管进水模式下,颗粒物的排出率随颗粒物密度的增加而降低;对于不同粒径的颗粒物而言,弧壁单管进水模式下,7种粒径的固体粒子的最终排出率较直壁单管进水模式平均提高38.32％,两种进水模式下,固体颗粒物最终累计排出率均随颗粒物粒径的增大呈现先降低后增加的趋势.研究表明,进水管布设于弧壁位置(进径比Carc/Barc=0.01)能够有效提高沉降式固体颗粒物的排出率,本研究结果可为优化工厂化循环水养殖池系统的集排污性能提供参考.     

深水抗风浪网箱水动力学特性研究

深水网箱抗风浪能力和耐流特性是深水网箱养殖首要解决的主要问题,也是网箱设计的核心技术问题.深水抗风浪网箱系统水动力特性研究相当关键.文中对深水抗风浪网箱水动力特性研究中物理模型试验和数值模拟方法,包括网衣模型相似准则、网箱整体模型试验、运动特性分析技术、网箱整体模型试验,以及网衣模拟、浮架模拟、整体网箱模拟、网衣周围流...     

贝类养殖吊笼水动力特性的实验研究

通过模型实验的方法分别探讨了规则波和均匀流作用下贝类养殖吊笼的水动力特性,并分析了贝类养殖密度对吊笼受力的影响。在波浪作用下,基于莫里森方程,通过最小二乘法计算水动力系数C_d和惯性力系数C_m值;在水流作用下,利用简化莫里森公式反推出C_d值;分析了Kc数、雷诺数Re和养殖密度对C_d和C_m的影响。结果显示:吊笼的运动幅度及受力随着波高、周期及流速的增大而增大;随着贝类养殖密度的增大,吊笼受到的水平力逐渐增大,而吊笼的运动幅度逐渐减小;在波浪效应下,随着Kc数、Re的增大,C_d有略微增大趋势,而C_m则先增大后趋于常数;在水流作用下,C_d值随着雷诺数Re的增大无显著变化;在同一工况下,C_d随着贝类养殖密度的增加而增大,而C_m相应减小。研究表明,本实验得出的吊笼水动力系数可作为计算吊笼波浪力和流阻力时的取值参考。     

波浪作用下筏式养殖设施的数值模拟

基于浙江海洋学院提出的新型筏式养殖模型,将浮标简化为质点,将梗绳简化为集中质量构件,建立浮标和梗绳构件受力模型和运动方程,采用4阶Runge-kutta法求解运动方程,对新型筏式养殖系统在波浪作用下的整体运动情况进行模拟,分析浮标在波浪下的运动响应和波浪入射角度对锚绳力的影响,考察梗绳材料对浮标水平位移幅度的影响。结果显示:筏式养殖系统上部浮标在风浪中的水平位移幅度很大,将系统主轴安排与波浪的入射方向一致时,锚绳受力最小,选用PA材料锚绳相对于PE材料锚绳能减小浮标的水平位移幅度。     

波浪作用下一种鲆鲽类方形网箱水动力特性数值模拟研究

针对鲆鲽类方形重力式网箱在纯波浪条件下的水动力特性,采用数值模拟的方法对鲆鲽类方形深水重力式网箱的主要部件——浮架系统、配重系统、锚碇系统进行了模拟。将模拟结果与实验结果进行分析比较表明,数模与物模各量值吻合良好,平均相对误差均不超过9%,表明数值模拟的方法能较好地模拟鲆鲽类方形深水重力式网箱的水动力特性。在此基础上,用数值模拟的方法,进一步研究了底框质量和网衣高度的改变对网箱各参数的影响,模拟结果显示,底框质量改变主要影响锚绳受力和底框倾角,底框质量从80 g升至100 g再升至140 g的过程中,锚绳受力平均增幅分别为13%和19%,同时增大底框质量有助于减小底框运动倾角,其平均降幅分别为8.8%和9.3%;网衣高度由20 cm增至30 cm后,锚绳受力平均增加15%,同时网衣的增高导致对浮架和底框的牵制作用加大,使得浮架和底框的运动幅度有所减小,降幅不超过10%。在以上研究结果的基础上,为鲆鲽类网箱的设计与优化提供了参考建议。