几何独立的高阶面元法在波-流-物相互作用问题mj项求解中的应用

mj项的计算是波-流-物相互作用问题的数值解的难点之一.该文给出了使用几何独立的高阶面元法求解mj项的方法,物面用任意的分片连续函数表示,定常兴波势用任意阶的B样条函数近似,直接对定常兴波势微分以得到mj项中定常兴波势的二阶导数.数值实例显示这一方法的计算结果非常准确.     

Kelvin源求解船行波及其在总阻力估算上的应用

针对船行波与船体总阻力预报,采用Kelvin源格林函数的远场波动项及其偏导数在水平线段上的解析积分公式计算Wigley船型、S60船型的兴波问题和船体表面速度分布。基于兴波问题所得的速度分布计算船体面元的局部雷诺数和摩擦阻力系数,又根据巴普米尔经验公式估算黏压阻力系数从而进一步求解船舶总阻力系数,对比该文方法所得的船舶总阻力系数和实验测量数据,证明该文的方法可以准确高效地计算船舶总阻力。     

兴波阻力数值预报方法研究及其在集装箱船船型优化中的应用

集装箱船作为一种中高速船，其兴波阻力在总阻力中所占比例较高。从某种意义上讲，船型优化就是寻求最小兴波阻力的船型。本文采用基于势流理论的面元法预报集装箱船的兴波阻力，对两种计算兴波阻力的方法进行了研究比较：第一种是改进的Dawson方法，传统的Dawson方法采用静水面上的叠模流线网格，而改进的Dawson方法是采用静水面上的贴体网格来计算兴波阻力；第二种方法是单模流动法。文中利用这两种方法计算了两条集装箱船，通过和试验值比较，发现这两种方法在设计航速附近的一定范围内都能正确地识别船型变化对兴波阻力的影响，验证了这两种数值预报方法都可以用于船型优化。但是改进的Dawson方法的计算结果更接近实验值，因此改进的Dawson方法更适用于船型优化。     

基于遗传算法与NM理论的船型优化

阻力性能的优化一直是船舶设计工作的重要环节,它将直接决定船舶的经济性和适用性。该文利用基于Neumann-Michell(NM)势流理论自主开发的船舶兴波阻力计算求解器NMShip-SJTU和遗传算法(genetic algorithm,GA),对标准船型Series 60进行船型优化分析。利用平移法(Shifting Method)与径向基函数法(radial basis function method,RBF)修改船体曲面,开发了一套包含优化算法、船型变换模块在内的全自动船型优化程序(OPTShip-SJTU),并应用。高航速(Fr=0.30)下的Series 60船型的优化,得到能使兴波阻力有效减小的优化船型。     

基于时域面元法的非对称双体船兴波阻力计算

该文基于格林定理,应用时域面元法求解非对称双体船的兴波问题,计算了非对称双体船于不同纵向、横向布局下的兴波阻力,研究了兴波阻力随航速的变化规律,分析了主船体与侧船体之间的相互影响规律.计算过程中,在边界面上布置Rankine源及偶极子,在自由面上满足非线性自由面边界条件,并采用时间步进法计算模拟非对称双体船运动时的自由面波形.数值计算过程中则采用一种精确积分的方法计算影响系数以避免数值发散.     

船舶兴波问题面元法的误差分析

本文利用Ｆｏｕｒｉｅｒ分析导出了船舶兴波问题面元法计算中的数值耗散及数值色散误差表达式。该公式不仅可用于从量级上分析船波问题计算的有关误差及其耦合影响，原则上亦可用于其它具有自由表面的稳态流动问题面元法计算的误差分析。     

考虑升沉和纵倾的方尾船非线性兴波阻力计算

为了更准确地预报方尾船阻力并提高船型优化设计的效率,开发了考虑升沉和纵倾影响的方尾船型非线性兴波阻力计算程序。采用Wyatt公式进行非线性迭代,选用Raven优化得到的四点迎风差分格式及配置点前移方法来满足辐射条件。采用面元上置的方法来消除奇异性,同时提高数值稳定性。以DTMB5415方尾船为数值模型,采用本文方法对考虑升沉和纵倾、不考虑升沉和纵倾两种状态的非线性兴波问题进行求解,与试验结果对比表明,本文方法计算得到的阻力、升沉和纵倾与试验结果吻合较好,同时,当傅汝德数大于0.3时,升沉及纵倾对阻力计算结果影响明显,数值计算时应予以考虑。     

三维泰勒展开边界元方法及其数值验证

边界元方法广泛应用于势流问题的求解,其分为常值面元法和高阶面元法两类.研究表明:常值面元法在计算光滑物面处的切向速度时精度较好,而在物面拐角处的切向速度精度则很差;而采用高阶面元法可以改进其精度,但高阶面元法在处理非光滑边界处主值时比较困难.为此该文提出了泰勒展开边界元方法(TEBEM方法).该方法主要通过对边界积分方程中的偶极强度进行泰勒展开并保留至一阶导数项,同时在格林第三公式中关于场点沿边界取切向导数封闭方程组,然后联立方程组直接求解出速度势及其沿物面的切向速度.通过与传统分布源方法的数值计算比较发现,采用TEBEM方法计算非光滑边界处的切向诱导速度的精度有相当大的提高.     

基于MOPSO算法的船舶兴波阻力多目标优化

粒子群优化算法(PSO)是一种进化算法,它与遗传算法相比,不需要编码,没有交叉和变异操作,粒子只是通过内部速度进行更新,因此,易于实现。另外,PSO算法具有较好的记忆,好的解的知识所有粒子都保存,因此收敛速度较快。Multi Objective Particle Swarm Optimization(MOPSO)算法是适应多目标优化的粒子群算法。该文基于MOPSO算法和Neumann-Michell理论对KCS在给定两个航速下的兴波阻力性能进行综合优化。以船型变换参数为设计变量,兴波阻力为目标函数,采用自由变形方法(FFD)对船舶首部和船体后半体进行变形,通过OPTShip-SJTU求解器优化兴波阻力。通过自编MOPSO算法对多目标函数进行优化,成功得到系列优化船型。并选择3个优化船型与母型船进行进一步的数值模拟,对比分析。     

水面舰船加装减阻节能球鼻艏研究

该文基于波形叠加的消波原理,对一艘仿阿雷.伯克级大型驱逐舰加装减阻节能球鼻艏进行研究,研究表明大型驱逐舰加装减阻节能球鼻艏可获得较好的减阻效果。文中首先给出了基于细分曲面表达船型,采用船体曲面法向量分量表示源强的船舶兴波阻力及波形计算的数值方法,通过与实验结果的比较,分析了该方法的合理性和有效性;在此基础上通过逆向设计法优化计算和分析得到了一仿阿雷.伯克级大型驱逐舰船型加装减阻节能球鼻艏消波减阻定性规律和定量效果,在特定的中高航速下通过减阻节能球鼻艏优化设计可以使兴波阻力最多减少33.7%。     

硫丹对鱼类的毒性效应研究进展

总结了硫丹对不同鱼类的急性致死毒性,对鱼类的细胞毒性和组织病理学,对鱼类生理生化指标的影响,以及对鱼类的遗传、繁殖和发育毒性,建议研究硫丹与其他污染物共暴露对鱼类的联合毒性,开展更多的实验来确定硫丹对鱼类的毒性机制,加强鱼类全生命周期暴露、子代传递效应、多代繁殖影响的研究。     

镉胁迫对铜绿微囊藻的抑制作用及营养盐浓度对其的减缓效应

为研究镉胁迫对铜绿微囊藻的生长和生理特征影响,评估氮、磷在减缓镉胁迫中作用,将处于指数生长期的铜绿微囊藻接种于不同的镉胁迫浓度和3种营养盐水平下96 h。结果表明,当镉浓度小于10μmol/L,随着氮、磷浓度增大,藻的生物量、比生长速率、叶绿素a、可溶性蛋白、可溶性糖的浓度和超氧化物歧化酶活性随之增加,然而在镉浓度为10μmol/L时铜绿微囊藻的这些指标含量基本相同,但类胡萝卜素只有在镉浓度为10μmol/L时才会出现明显的降低。     

水体紊动对黏性泥沙絮凝影响研究

紊动水流中黏性泥沙絮凝沉降对河口海岸黏性泥沙输送过程起着十分重要的作用。建立了均匀各向同性紊流中黏性泥沙絮凝沉降的三维格子玻尔兹曼数学模型,模拟不同紊动剪切率对黏性泥沙絮凝过程的影响。模拟结果表明:随着紊动剪切率的增加,计算区域内絮团形成所需的时间先减少后增加,黏性泥沙沉降速度也呈现先减小后增大的趋势,剪切率的转折点在200s-1左右,与已有观测结果一致。模拟结果反映了低强度水体紊动对絮凝有促进作用而高强度水体紊动对絮凝有抑制作用。     

微量营养物质对毛纺废水生物处理效果的影响

研究了Mg、Mo、Zn、维生素B1以及烟酸等微量营养物质对活性污泥降解CODCr活性的 影响,同时,对微量营养物质作用前后处理系统微生物群落结构进行了比较研究。试验结果表明:毛 纺废水缺乏生物处理系统所需足够的微量营养物质;不同种类和浓度的微量营养物质对活性污泥降 解CODCr活性的影响效果也不相同,Mg、Mo、Zn、雏生素B1和烟酸的最佳浓度分别为5 mg／L, 2 mg／L,1 mg／L,1 mg／L和1 mg／L;其最佳促进效果可使CODCr降解速率分别达到对照系统的 180％、140％、130％,160％和220％。添加微量营养物质显著改变了微生物群落结构。     

预臭氧化工艺对消毒副产物影响的生产性研究

通过进行预臭氧化—紫外线联合氯消毒工艺处理高温高藻期滦河水的生产性试验,检测和分析三卤甲烷生成势(THMFP)和卤乙酸生成势(HAAFP)的含量变化情况,研究了整套水处理工艺,尤其是预臭氧化单元对氯消毒副产物(DBPs)的去除效果。同时,研究了甲醛和溴酸盐这两种臭氧化副产物在处理过程中的生成情况。结果表明:在高温高藻期,预臭氧化单元对THMFP和HAAFP的平均去除率分别为12.43%和15.06%,整套工艺对THMFP和HAAFP的平均总去除率分别为39.33%和54.12%,氯消毒副产物前体物得到有效去除;出水中甲醛含量低于50μg/L,溴酸盐的含量小于6μg/L,臭氧氧化副产物得到了有效控制。     

干旱对河流水生态系统影响研究与展望

干旱等水文极端事件在全球范围内呈现广发频发态势,频繁发生的干旱对河流水生态系统影响显著。首先从干旱发生的区域、发生区域的水文特征、干旱的持续时间、低流量值的大小、干旱发生的时间、干旱发生的频率和旱涝急转速率7个方面阐述了不同的干旱特征对水生态系统的影响。讨论了干旱对河流水生生物栖息地的影响,河道水流速度变缓,水生生物栖息地的面积、深度减小,影响河流水生生物的多样性。从纵向尺度、横向尺度、垂向尺度3个方面分析了干旱事件对水生态系统物质流、能量流和信息流的影响,并对现阶段水文过程-水生态系统耦合模型的相关研究成果进行了总结。最后就今后的研究趋势和重点研究工作进行了展望。     

落水洞直径对岩溶泉流量影响的试验研究

基于裂隙-管道介质物理模型,通过设计多组试验方案,研究落水洞直径的改变对岩溶含水系统调蓄能力及泉流量过程的影响。经试验数据分析发现:调蓄系数随着落水洞直径增大而增大;在低强度下,落水洞直径的改变对裂隙和落水洞共同释水阶段的衰减能力影响不大,而在高强度下,其衰减能力随着落水洞直径的增大明显减小;底部管道释水阶段的衰减系数不受补给强度和落水洞直径的影响,其值约为0.0017 1/h;调蓄系数与第一阶段衰减系数的乘积与落水洞直径无关,与补给强度呈负相关关系。     

Numerical study on the effects of progressive gravity waves on turbulence

The wind-wave-ocean system, which contains complex interactive processes, is of great importance for the momentum, heat and mass transport in the atmosphere and ocean and at their interface. In this work, we perform wave-coupled phase-resolved numerical simulations to investigate the effect of progressive gravity waves on wind and ocean turbulence. Initially homogeneous turbulence under a finite-amplitude monochromatic surface wave is simulated to reveal how the wave influences the subsurface turbulence. For the interaction between wind-driven waves and shear turbulence in the ocean, new wave-phase-resolved simulation approaches are developed to capture Langmuir cells. Lastly, wind turbulence over one and two progressive waves is simulated to elucidate the dynamics of turbulence coherent structures impacted by surface waves for improved understanding of wind-wave growth mechanism.