水沙两相流中泥沙相的紊动扩散特征

为研究恒定流和往复流饱和输沙情况下的泥沙扩散系数的规律,此文根据水沙两相紊流理论建立一个适用于全沙输移的二维数学模型,并利用物理模型试验的结果验证数学模型的正确性。研究表明,恒定流中水面处给定紊动动能为0的条件和给定紊动动能梯度为0的条件时,扩散系数的分布形式有很大的不同,但两种条件下浓度沿水深的分布没有明显的差别。往复流中泥沙扩散系数在水深方向上受浓度分布和往复流边界层内紊动特征的影响,呈现出一种十分复杂的时空变化规律。     

热带气旋迁移加速度的统计规律

热带气旋运动规律的研究对于揭示热带气旋运动的机理、进而提高热带气旋预报的精度具有重要意义。本文对联合台风预警中心和美国国家飓风中心发布的1979—2016年间全球4907个热带气旋事件的观测数据进行统计分析,得到了全球范围内热带气旋中心迁移加速度的若干规律。研究表明,纬度变化对于热带气旋的迁移具有重要的影响,热带气旋迁移加速度沿纬线方向分量的平均值在低纬度地区接近于0,随着纬度增大,呈现出向东加速且加速度有不断增加的趋势。南北半球的规律具有明显的相似性。不同区域内平均经线方向加速度随纬度变化的规律不如纬向加速度明显,随着纬度的增加,差异增大。     

COHERENS模型在东京湾动力过程模拟中的应用

水动力过程和温盐变化的准确模拟是研究生态过程的重要基础。COHERENS是一个模拟海洋动力过程的通用模型，可以用于模拟中尺度海域的水动力、温盐变化等过程。将COHERENS模型应用于东京湾，对湾内一年间实际的水动力过程、温盐过程进行了模拟，并与实测数据进行对比分析。计算结果与观测值吻合良好，较好地模拟了跃层的消长等季节变动，再现了温盐的年间变化过程，以及湾内典型季节的余流特征。结果表明，东京湾余流在冬、夏两季均会形成以上层流出、下层流人为特征的垂向流动结构。进一步通过对不考虑风应力的假设工况进行计算，可以看到风对余流结构有着较为重要的影响，较为持续的风应力作用会强化湾内的环状流动形态。     

基于Boussinesq方程的近岸波流统一模型

用统一的理论正确描述近岸海域内不同尺度的水动力学现象是海岸水动力学研究的一个难题.本文通过将一种简单的波浪破碎模型引入到Boussinesq方程,建立了能够统一描述近岸水波和波生流的数学模型.将数学模型应用于计算浅滩上的波浪变形以及均一斜坡上平行于海岸的沙坝缺口附近的波生流,得到了良好的结果.     

基于两相流理论的稀疏和致密颗粒流统一模型

统一描述不同浓度的固、液两相流动具有重要意义。该文充分考虑不同流态下颗粒体的本构关系、颗粒体与流体的相间作用以及流体紊动影响,应用两相流模型对统一描述稀疏和致密颗粒流问题进行了探索。经与实验结果比较,该两相流模型对不同粒径的稀疏和致密颗粒体的运动过程均能准确刻画。模拟结果表明,不同粒径稀疏颗粒体与流体的相间作用差异较大,其中细颗粒体受到的沉积作用更弱,更容易在周围流体中保持悬浮状态,因而前端运动距离更长。流体紊动粘性对涡旋结构的发展有较大的影响,考虑紊动时流体倾向于向前运动,进而促进了稀疏颗粒体的发展。致密颗粒体堆积表面附近受到的流体拖曳力较大,其在较长时间内促进了细颗粒体的向外发展,对粗颗粒体的运动则主要起到了阻碍作用。致密细颗粒体中的流体动压作用更为明显,流体正压促进了初始颗粒体前端的发展,流体负压则影响着颗粒体堆积形态的塑造。     

裁弯对上下游流态影响的三维数学模型研究

裁弯是弯曲型河道演变发展以及河道整治工程中十分常见的现象.裁弯会对上下游河道产生较大影响.本文利用数学模型.采用带旋流修正的紊流模型,同时借助VOF方法描述自由表面,对三个连续畸弯的水流结构进行数值模拟,分析比较了两个裁弯工况对上下游河道的水流结构的影响.计算结果表明:裁弯对上游河道的影响明显大于下游,具体表现为裁弯明显加大了上游垂线平均流速,增大范围与裁弯幅度呈正比,与离开裁弯点的距离呈反比,上游弯道的环流强度同时减弱;裁弯使下游河道纵向流速沿横向分布趋于均匀,影响程度也由裁弯点至下游逐步减弱.     

耦合算法在幕墙式消浪结构性能研究中的应用

作者针对近岸波浪与结构物相互作用问题提出了一种耦合数值方法，即用时均化的二维雷诺平均的Navier stokes方程-流体体积法模型表达内域流动，用一维Boussinesq方程表达外域流动，通过速度、压力和波面匹配边界条件实现两种数值模型的同步求解。耦合模型中的二维子模型能够较好地表达结构物附近流动的细部特征，包括漩涡结构；一维子模型的计算效率很高，可通过延长其计算域以达到有效地避免二次反射波的影响。所建立的耦合数值模型被证实可应用于幕墙式消浪结构防波性能的研究。     

波浪作用下悬移质泥沙运动的两相流数值模型

该文采用基于水沙两相紊流的数值模型对波浪作用下的悬移质泥沙运动进行研究。基本方程中将水相和颗粒相通过相间作用力进行耦合,合理地考虑了相间相对运动的影响。数值计算方法为有限体积法,对流项处理利用了三阶精度的QUICK格式,离散方程组求解采用的是TDMA迭代方法。计算得到的悬移质泥沙垂线时均计算值与不同尺度的水槽实验数据吻合很好,表明数学模型及其计算方法对于低浓度水沙两相问题是合理的。该研究还探讨了悬沙浓度、泥沙沉降速度以及各种相间作用力随时间的分布规律。     

波浪辐射应力对风暴增水的影响研究

波浪辐射应力引起的增水是风暴增水的重要组成部分,研究台风过程中波浪辐射应力在风暴增水中的作用对于准确预报风暴潮有十分重要的意义。选用藤田台风模型模拟台风场,采用SWAN模型模拟台风浪以及辐射应力,应用垂向积分的二维数学模型ADCIRC计算风暴潮。首先模拟理想地形条件下,规则波和不规则波斜向岸边入射过程中的波浪变化,研究波高、波浪辐射应力和增水的沿程分布特征;然后计算了台风Winnie过程中浙江沿海的波浪情况,通过计算得到了波浪辐射应力增减水的空间分布特征和随时间的变化趋势,并分析了其对风暴增水的影响。     

传输时间尺度的季节变化规律研究

传输时间尺度是表征水体中物质运动特性的重要参数.海湾内水体运动受潮汐、河流径流、风等多方面因素的影响.这些影响因子在季节间存在差异,相应地使得水体的传输时间尺度也存在一定的季节性差异.基于三维水动力模型COHERENS,采用拉格朗日粒子追踪的方法对游弋时间和滞留时间这两个传输时间尺度分别进行了模拟,并以日本东京湾为例,分析了传输时间尺度呈现出的季节变化特征差异.研究表明,传输时间尺度在分布特征上的季节差异与河流径流及气象因素等都有着密切的联系,并且河流径流量会影响传输时间尺度的量值.