多孔方型人工鱼礁绕流的数值模拟研究

数值模拟得到了5种不同来流速度(0.1 ～0.8 n/s)下的多孔方型人工鱼礁周围的水流场.过礁体中心的铅垂面上速度分布表明:①不同来流速度下,上升流的最大速度和平均速度均分别为来流速度的0.74倍和0.12倍,上升流最大高度均为礁体高度的2.6 ～2.7倍,背涡区的长度和高度均分别为礁体高度的4倍和1.25倍;②在靠近礁体背流面形成水流方向与来流方向相一致的透水区.过礁体中心的水平面上速度分布表明:①不同来流速度下,背涡区的长度和宽度均分别为礁体宽度的4倍和1.8倍;②在鱼礁内部形成水流方向杂乱的旋涡区.本研究还初步比较了多孔方型人工鱼礁绕流与无孔方型人工鱼礁绕流的流场效应异同点.     

人工鱼礁开口比对流场效应影响的三维数值模拟研究

采用CFD技术,模拟得到了开口立方体人工鱼礁绕流的三维水流场。通过速度场模拟结果分析,揭示出了流场效应随开口比变化的规律:1上升流最大速度与来流速度的比、上升流平均速度与来流速度的比、以及上升流最大高度与礁体高度的比均随开口比的增大而降低;2背涡区的尺度随开口比的增大而显著降低,当开口比为0.1和0.2时,在礁体背流面后端形成尺度较大而速度很小的尾涡区,而当开口比为0.5和0.6时背流面后端已无明显旋涡区。此外,模拟结果也揭示出上升流特性参数和速度场分布图案几乎不受来流速度大小的影响。     

三棱柱型人工鱼礁绕流流场的CFD分析

基于CFD软件平台ANSYS FLUENT,模拟得到了5种不同来流速度(0.1、0.2、0.4、0.6和0.8 m/s)下三棱柱型人工鱼礁(各边长均为3 m)周围的三维水流场。通过速度场模拟结果分析,得到了上升流最大速度点位置、上升流最大高度、上升流最大速度、上升流平均速度以及背涡区尺度等参数;分析了礁体周围的压力分布和背涡区的涡旋结构特征。此外,还初步揭示出三棱柱型人工鱼礁绕流与方型人工鱼礁绕流在流场效应上的异同点。     

金字塔型人工鱼礁绕流的三维CFD模拟研究

采用CFD技术,仿真研究了5种不同来流速度（0．1、0．2,0．4,0．6和0．8m／s）下金字塔型人工鱼礁（底面边长和高度均为3m）的三维绕流场。定量获得了上升流最大高度、上升流最大速度、上升流平均速度以及背涡区尺度等流场效应参数;揭示了礁体周围涡量和压力的分布特征,并得到了水动力大小和阻力系数;对比分析了金字塔型鱼礁与方型鱼礁和二三棱柱型鱼礁在上升流和背涡流特征量上的差别。     

同透空率下多孔人工鱼礁流场效应的三维数值模拟研究

通过计算流体动力学技术(CFD),分别模拟了非定常流作用下透空率为20%的箱型、梯形台、三棱体多孔空心单体鱼礁及组合鱼礁在6种来流速度、3种礁体布设工况下的人工鱼礁三维流场。模拟计算结果表明:水流遇到礁体迎流面抬升形成上升流,同种模拟工况下,同类型的多孔空心人工鱼礁以90°摆放时形成的上升流和背涡流规模强度达到最大,30°摆放时次之;单礁体情况下箱型鱼礁产生的流场效应更优。通过分析不同礁距下的九礁组合流场差异,上升流规模强度随着礁距的增加呈现出先增大后减小的趋势,1倍礁体距离下的鱼礁组合能产生更好的流场调控效应,并且箱型鱼礁组合和三棱体鱼礁组合的第一组礁体背面出现双涡旋现象,而梯形台鱼礁组合只存在一个涡旋,同种工况下,箱型鱼礁和三棱体鱼礁组合能更好地发挥鱼礁的集鱼、饵料效应和环境修复功能。     

布设间距对三棱柱形人工鱼礁绕流影响的数值模拟

以CFD(计算流体动力学)技术为手段,研究了不同布设间距下形状为三棱柱形的人工鱼礁周围水流运动规律.研究中采用了4种布设间距,分别为1.5、3、4.5和6 m,它们分别为0.5、1、1.5和2倍鱼礁长度.速度为0.2、0.4、0.6、0.8 m/s的水流,流过不同布设间距的2个三棱柱形人工鱼礁,分别观察鱼礁周围水流运动情况.研究结果显示:布设间距越大,礁体之间的涡旋越大,增大到一定程度有可能产生2个涡旋.布设间距对于第二个鱼礁的尾涡不产生影响,并且来流速度对这两个旋涡的大小不产生影响.布设间距内速度分布规律为由中心向四周速度越来越小,但不会超过鱼礁高度,来流速度对此规律不产生影响.     

人工鱼礁的水动力学特性及流场效应分析

基于CFD方法,研究了立方体空心开孔人工鱼礁的水动力特性,用上升流和背涡流的体积为参数,分析了来流速度和开口比对流场效应的影响,得到了流场效应随来流速度和开口比的变化规律:上升流规模随流速的增大而增大,背涡流规模随流速的增大而减小;上升流和背涡流的规模均随开口比的增大而减小。鱼礁开口比是流场效应的主要影响因素,来流速度对流场效应的影响次之。     

遮板型开孔式正方体人工鱼礁流场特性数值研究

为开发一种能同时增殖鱼类与底栖生物的人工礁体,在山东省莱州湾明波海洋牧场无遮板正方体人工鱼礁的基础上,提出了一种遮板型开孔式正方体人工鱼礁。基于CFD仿真和波流动力学理论,采用Fluent软件分别对无遮板、遮板型不同开口比的正方体人工鱼礁的流场特性进行了数值模拟,比较了5种来流流速条件下两种不同结构礁体周围的上升流、背涡流及遮板以下区域的流场分布特征。结果表明：在不同来流流速条件下,遮板型开孔式正方体人工鱼礁在开口比为0.11时较其他开口比的礁体有更大高度的上升流、更大面积的背涡区及更大范围的顶部涡流,但开口比不会影响遮板以下缓流区域。在相同开口比、相同流速的条件下,遮板型开孔式正方体人工鱼礁能为底栖生物增殖创造更加适合的流场环境,同时能够更好地发挥鱼类增殖效果,开口比为0.11时的遮板型开孔式正方体人工鱼礁的效果最为显著。研究结果可为人工鱼礁的结构型式设计提供新的思路和参考。     

横流中有限宽窄缝射流的旋涡结构

本文应用PIV流动显示技术详细测量了有限宽度窄缝射流从底部射入横流的流场结构。在此基础上采用湍流数学模型及相应的混合有限分析方法，得到横流中有限宽窄缝射流的时均及瞬态流场、涡量场，以此来分析流场、涡量场特性，揭示各种具有拟序结构性质的复杂涡系的产生、发展及演化过程。实验观察到射流迎、背流剪切涡层卷起形成类开尔文涡列。本文还探讨了横流绕流分离旋涡的生成机理及其转向。另外，观测到射流喷口上游的马蹄涡系以及射流逆流区下游尾迹区旋涡的层状结构形式。通过拓扑分析的方法，给出了横流中有限宽窄缝射流旋涡近区流场的拓扑性质。     

渤海湾典型人工鱼礁区域流场分布与海床泥沙起动特征

由于我国渤海湾近海环境的不同程度污染及渔业资源的过度捕捞,人工鱼礁的建设作为改善海洋生态环境、增加渔业产量的重要措施已受到了日益受到重视。本文以渤海湾辽东湾区觉华岛近海人工鱼礁区域为研究对象,通过实施9组室内水槽模拟实验,采用PIV测试技术,重点研究了不同流速及鱼礁间距条件下人工鱼礁区域上升流、背涡流及海床泥沙临界起动切应力的变化特点。结果表明：随着流速增加,在相同人工鱼礁群间距条件下上升流特征值均呈现增加趋势,背涡流特征值变化不大;在同一流速下,不同间距的人工鱼礁群上升流在扩大25%间距时各项特征值达到最大;首个分礁群后背涡流特征值随间距增加而有增大趋势,最大面积也出现在扩大25%间距鱼礁区域;另一方面,通过对比分析人工鱼礁投放前、后泥沙临界起动切应力变化特点,表明在投放人工鱼礁后,各个单体礁前后区域较未投放人工鱼礁群前海床泥沙更容易起动;对于相邻的单体礁,沿水流方向的前一个礁体前后的泥沙较后部礁体前后的泥沙更易起动。本项研究成果对渤海湾觉华岛等近海人工鱼礁优化布局与投放操作流程和渔业资源增产增收具有重要指导意义。     

调距桨梢涡精细流场的数值模拟

为验证湍流粘度取为mk/的修正剪切应力输运(SST)湍流模型在螺旋桨梢涡精细流场粘性模拟中的适用性,对驱逐舰母型桨DTMB5168调距桨的梢涡流动进行了模拟与校验。结果显示:0.9R以上径向区域周向平均的轴向、周向和径向速度分量均与试验值吻合很好,但0.9R以下区域的径向速度分量存在一定偏差;0.7R和0.92R处沿周向变化的三个速度分量变化形态均与试验值一致,故可由此来确定梢涡涡核区,但周向和径向速度分量峰值比试验值略小;轴向0.3R距离内梢涡涡核运动轨迹的模拟结果与试验值吻合较好。由此证明了修正的SST湍流模型在螺旋桨梢涡流动模拟中的适用性,还表明由叶梢区的径向、周向和轴向方向以及桨叶近壁面法向、叶截面弦长方向和尾流轴向方向的网格节点密度来局部控制叶梢区流动的模拟效果的可行性。     

圆柱尾迹流场中横向振荡翼型绕流的数值模拟

该文数值模拟了静止圆柱尾迹中横向振荡翼型绕流的涡结构、力及频谱特性,揭示前方尾迹流场对振荡翼绕流特性的影响，以了解鱼类游动时自主利用前方流场有利干扰的流体力学机理。研究表明圆柱尾迹的影响可导致翼型前缘涡脱落模态发生变化；翼型尾迹的频谱特性更加复杂;在一定的参数下翼型阻力系数可以整体下降。     

溢流堰表孔弧形闸门开启过程非恒定流水力特性

采用RNGκ-ε紊流模型结合动网格技术对某水利工程Y型宽尾墩泄洪表孔弧形闸门开启过程进行了三维动态数值模拟研究。为了解闸门开启过程中各相对开度的水力要素特性,采用6种不同的开启总时间,给出各开启总时间对应的闸后流速、压强等水力要素对闸门开启速度的依赖关系,并定义了反弧及消力池3个压强分布区域。研究表明,闸门开启总时间较小时,闸后水流的滞后效应明显,各对应相对开度时闸后水面线偏低;开启过程中溢流堰反弧处最大流速、冲击区最大压强等都会远大于恒定情况时的对应值。冲击区最大压强及其与调节区平均压强的差值随开启速度的增大迅速增加,且需经过较长时间才逐渐回到正常值。开启速度较小时,各水力要素增加较为平缓。将闸后水面线等计算结果与试验结果进行对比,吻合良好,验证了数值方法的可靠性,可为类似水工闸门运行提供借鉴。