液压系统乳化时管路边界层与系统参数的关系

为了在船舶液压系统发生乳化故障时诊断系统状况,研究液压系统管路边界层与其系统参数的关系。以锚机液压泵出口管路为研究对象,设计4种不同乳化污染程度的液压管路流动方案,运用Fluent对模型内部的流场进行模拟分析,并利用CFD(computational fluid dynamics)后处理软件对流动模型的数据进行提取,根据第二相体积分数云图来提取的管道内水团处的数据,比较管路边界层与液压系统状态参数之间的关系。研究表明：管道近壁面区域的速度梯度的突变值的最大值与含水量呈正比关系;在同一位置上,管道边界层的压力梯度绝对值的最大值与液压系统的乳化污染程度参数呈正比关系。通过对液压系统的乳化故障进行定性分析,将为液压系统状态监测和故障分析提供依据。     

多区域网络模型在船舶舱室污染物传播研究中的应用

为准确评价船舶舱室污染物传播情况,本文以某船舶舱室为研究对象,利用多区域网络模型,研究不同通风空调工况下新风量和局部净化设备对舱室污染物分布的影响。结果表明:合理配置局部净化设备,可有效降低高污染区域和相邻区域内的污染物浓度;新风量大小与污染物浓度水平之间存在着一个合理的匹配值,该成果可为评价和改进船舶舱室的空调系统设计提供指导。     

密闭舱室突发污染浓度动态预测与源项辨识

潜艇、载人航天器等密闭微环境随着人员停留时间的延长,其舱室空气污染问题已成为危害工作人员生命安全的主要因素,因此迫切需要开展快速准确的污染浓度预测以及对突发不确定污染源辨识的技术研究,并提高密闭环境主动应对突发污染的能力。对舱室污染浓度进行动态预测和污染源项强度辨识是实现舱室空气质量实时预测的关键。建立了集总污染源概念,提出了联合使用卡尔曼滤波和最小二乘算法的舱室突发污染辨识与浓度预测方法,并与建立的变结构污染浓度模型相结合,同时完成了集总污染源散发强度的动态辨识和污染浓度状态预测。另外,在突发污染源定位方面开展了前期的探讨研究工作,建立了一种新的多维浓度离散随机模型,并提出了基于多假设特征匹配的突发污染源定位方法研究。通过匹配观测数据序列与单参数(源位置)多假设获得的传感器处浓度响应序列特征来实现源项定位及散发时间估计,可初步确定源散发强度。     

基于CFD法的自升式平台火灾事故模拟研究

碳氢化合物泄漏引起的火灾事故是海洋平台作业过程中的主要威胁之一,往往伴随着人员伤亡、环境污染、平台停产等灾难性后果。以某400ft水深自升式平台为例,采用DOW火灾指数分析法确定了火灾危险区域,并基于计算流体力学方法,在对湍流模型、燃烧模型、辐射模型等关键技术进行研究的基础上,对钻井区域发生火灾后的温度、热辐射、CO浓度分布变化进行了瞬态分析,最后对风速和燃烧速率的影响进行了讨论,为探索自升式平台火灾扩散机理提供了一些参考。     

船舶典型充汽管路水动力特性数值预测

建立船舶典型充汽管路三维计算模型,运用计算流体力学方法进行充汽管路流体水动力特性数值研究,捕捉流体压力、流速、密度、湍流动能等关键参数分布规律,基于流致振动预测机理,揭示与流致振动密切相关的流体流动能量。计算结果显示:充汽管路弯头部位产生由外壁向内壁发展的二次流动现象,导致弯头区域呈现内壁压力小、流速高、密度小、湍流动能及耗散率高等情况;基于流体流动能量分布规律,充汽管路弯头区域能量出现最大值,且弯头内壁流动能量高于外壁,可以预测充汽管路弯头内壁侧承受流致振动破坏较严重,实际充汽管路检测数据验证了数值预测结果。     

舰船机舱火灾烟气自然充填特性模拟实验

在舰船机舱缩尺模型中开展一系列油池火实验,对3种尺寸柴油池火产生的烟气自然充填特性进行研究。为了解无通风条件下舰船机舱内的烟气运动过程,实验中对舱室内的温度分布、气体浓度以及能见度等关键参数进行测量。实验结果表明:舱室内的温度较低,且在竖直方向上不存在分层现象;舱室顶部区域烟气中的氧气浓度很低;舱室内能见度随着火源直径的增大而降低,当油池直径为0.3 m时,能见度迅速下降至2 m左右。     

基于灵敏度分析的柴油机机体有限元模型修正方法

基于动力学模型修正理论,选取某型柴油机机体为研究对象,结合机体自由模态试验结果,对机体有限元模型修正方法进行研究。在分析机体有限元建模误差的基础上,以参数型模型灵敏度修正方法为基础,选取机体某些部位为修正区域,以弹性模量为修正参数,基于模态频率构建目标函数。结果表明：修正后模态参数与试验更为接近,提高了模型的精度,为柴油机有限元动力学建模奠定了基础。     

不定期船最佳航速优化研究

不定期船的航次日均盈利额主要受航速及燃油价格波动的影响,对于多艘不定期船,固定成本的不同也会 造成航次日均盈利额的差异.首先,采用控制变量法分别研究燃油价格及不同船舶固定成本的变化对不定期船航 次日均盈利额的影响,然后以航次日均盈利额最大化为目标构建不定期船最佳航速优化模型.最后,以中巴铁矿石航线上ATHENIAN PHOENIX号不定期船为例对该优化模型进行了实例分析,得出最佳航速优化计算公式及曲线图.     

分层海水环境中水下电场衰减规律和分布特性研究

根据海上实测海水电导率参数,建立空气—分层海水—海床5层海洋环境模型。基于传统的水平电偶极子空气-海水-海床3层介质模型中水下电场衰减规律和分布特性,通过对海水进一步分层的多层介质模型构建数学模型,进行理论推导和仿真计算,给出场源强度为1A·m,深度为4 m,频率为1 Hz时电场在不同水深处的空间分布及正下方Y=0测线上的水下电场分布。结果表明,随着水深的增加,电场X分量与电场Z分量之比是增加的;在海水-海床界面上,测线上电场Z分量最大值约为电场X分量最大值的1/4,电场Y分量最大值相对Y=0处有一定的偏移。从衰减曲线可以看出,在60～500 m范围内电场X分量和电场Z分量沿径向随距离呈3次方衰减。     

船用铝合金MIG焊接残余应力数值研究

为了提高焊接接头性能,优化焊接工艺参数,本文在热弹塑性力学理论基础上,建立5052铝合金平板对接的焊接残余应力三维数值计算模型,开展MIG焊接对残余应力分布影响特征分析。结果显示,焊接接头处较大的纵向铝合金焊接残余应力,是由于冷却过程中焊缝纵向收缩导致的。纵向残余应力在靠近焊缝中心线位置以拉应力为主,在焊缝中心熔合线及热影响区域的两侧对称分布,随着距离焊缝线逐渐增大,以纵向残余压应力为主。在焊缝中心线处等效Mises应力达到最大值,且向两侧逐渐递减,热影响区以外区域残余应力数值极小,可以忽略。最后为了验证模拟结果的准确性,使用超声无损检测对焊接接头残余应力的大小及方向进行验证,结果与数值模拟结果基本一致且相同区域内焊接残余应力分布情况相同。     

舟山海域油品码头布局与溢油风险评估

提出了一个基于不确定性分析理论的区域油品码头空间布局的溢油风险模拟与评估方法。该方法可系统分析沿海区域油品码头空间布局及其产生的海域溢油风险的空间分布规律,能够满足我国当前近海高强度开发形势下战略环评和环境风险评估的技术需求。以舟山海域为研究对象,通过油品码头布局模型和不确定性分析,对舟山海域进行综合溢油风险评估,结果表明该方法可以用于综合评估某一海区的溢油风险水平;基于溢油风险概率和污染损害的时空分布,依据风险值集中度最大及风险总值最小的原则,能够实现多种码头布局方案下的海域溢油风险水平的综合比较,并得到最优油品码头布局方案。     

基于绿色GDP 的区域临港产业发展优化模型

为解决区域临港产业发展优化中存在的资源浪费和环境污染问题,综合考虑经济发展、资源消耗与环境污染等3方面,以绿色GDP最大为优化目标构建了区域临港产业发展优化模型;以上海地区临港产业发展优化为例,对模型的合理性和有效性进行了验证。结果表明,该模型可以兼顾经济、资源和环境等方面对区域临港产业的发展进行综合优化,可以为区域临港产业的可持续发展提供决策参考。     

基于马尔可夫链的极值波高预测

本文研究了由日最大波高系列估算设计极值波高时，相邻日最大波高间的相关性对极值预测的影响，从日最大波高系列遵从马尔可夫链的假定出发，考虑到国内外经常采用对数一正态分布的韦布尔分布拟合波高长期分布的现实，本文用解析法求解了对数一正态分布情况下的极值预测。同时，对解析法难以求解的非正态随机变量情况（如韦布尔分布），用计算机随机模拟方法求解其极值预测，用上述两种方法对北大西洋和北海有关日最大波高系列的预测     

渤海湾底质重金属污染及其潜在生态风险评价

基于渤海湾22个监测点3年的监测数据,应用Hakanson潜在生态风险指数法,分析了渤海湾天津段表层沉积物中5种重金属的含量与分布,并进行生态风险评价。结果表明:渤海湾为轻微生态危害,其中镉的污染程度最大,锌的污染程度最小,5种重金属危害系数顺序为:Cd>Hg>Pb>Cu>Zn。     

襄阳市内环线工程汉江三桥索塔锚固区足尺模型试验研究

襄阳汉江三桥主桥索塔上塔柱为预应力混凝土结构,斜拉索锚固区构造和受力状态均较为复杂。通过制作索塔第25节段的足尺模型进行加载试验,并结合有限元计算及理论分析,对斜拉索索塔锚固区的应力大小、应力分布、应力流方向等局部应力状态以及抗裂性、承载力进行研究,对设计的合理性进行分析评价,确保结构受力的合理性和安全性。研究结果表明,试验加载至最大荷载1.7 P时,模型结构仍然处于弹性工作状态,模型混凝土表面未出现可见裂缝,说明结构具有足够的安全度,索塔锚固区的设计是合理的。     

通州湾区域用海对近岸波浪场的影响

采用CCMP背景风场与Holland梯度风场模型叠加构建新的SWAN驱动风场,对台风"梅花"期间东中国海的波浪场进行数值模拟,并结合卫星数据进行验证,讨论了拖曳力系数饱和值的最适选取,以给小范围提供最佳波谱边界。运用SWAN自嵌套进行小范围数值模拟研究,结合波浪测站实测数据进行对比,对区域用海后保留通道的两种方案进行对比分析。结果表明,台风期间保留西通道较东通道有效波高更小,所取特征站位平均减幅0.10m,最大降幅达0.25m。     

提高轴孔连接结构承载能力的设计方法

文章针对轴孔连接结构提出了一种改善轴孔接触特性来提高承载能力的方法。以工程中通用的螺栓连接结构为例,建立接触分析模型,应用Persson接触理论和优化分析方法,通过优化耳片孔接触面的曲面形状和曲面参数实现了降低轴孔接触区最大接触应力及改善其分布梯度的目的。针对优化后的耳片孔接触曲面设计结果,利用有限元素法建立了螺栓耳片连接结构模型,分析验算了接触应力。结果表明,优化分析的解析法和有限元素法的计算结果基本一致。连接结构优化设计后,接触区最大应力降低50%以上,应力分布梯度明显改善,提高了其承载能力。     

Simulation of the oil spill processes in the Sea of Japan with regional ocean circulation model

A simulation of the movement of spilled oil after the incident of the Russian tanker Nakhodka in the Sea of Japan, in January 1997, was performed by a particle tracking model incorporating advection by currents, random diffusion, the buoyancy effect, the parameterization of oil evaporation, biodegradation, and beaching. The currents advecting spilled oil were defined by surface wind drift superposed on the three-dimensional ocean currents obtained by the Geophysical Fluid Dynamics Laboratory modular ocean model (GFDL MOM), which was forced by the climatological monthly mean meteorological data, or by the European Center for Medium Range Weather Forecasts (ECMWF) daily meteorological data, and assimilated sea surface topography detected by satellite altimeter. A number of experiments with different parameters and situations showed that the wide geographical spread of oil observed is not explained by wind drift alone, and that including the simulated climatological currents gives better results. The combination of surface wind drift and daily ocean currents shows the best agreement between the model and observations except in some coastal areas. The daily meteorological effect on the ocean circulation model results in a stronger variability of currents that closely simulates some features of the nonlinear large-scale horizontal turbulent diffusion of oil. The effect of different parameterizations for the size distribution of model oil particles is discussed. Received for publication on July 26, 1999; accepted on Nov. 17, 1999