基于MP-PIC方法的泥沙静水沉降三维数值模拟研究

以MP-PIC模型为基础,采用Eulerian-Lagrangian方法,建立了描述泥沙静水沉降的三维数值模型,研究了网格敏感性、单颗粒沉速和群体颗粒制约沉降等问题。结果表明,当采用2～5倍泥沙粒径的网格尺度时,颗粒沉速模拟结果与已有经验公式相差较小,推荐使用该尺度网格模拟泥沙颗粒运动。不同粒径单颗粒泥沙沉速模拟结果与已有实验结果及经验公式吻合较好,模型可以描述不同大小泥沙颗粒运动。不同体积浓度的群体颗粒沉降特征具有中间区域颗粒沉速较大,靠近边壁处沉速较小的趋势,与Peysson等人的实验结果一致,同时群体颗粒制约沉速与理论公式也较为接近,采用MP-PIC方法能够很好地对泥沙颗粒静水沉降进行三维数值模拟研究。     

波浪作用下泥沙颗粒的受力分析

根据波浪作用下泥沙颗粒的受力情况，探讨了在紊动流体中作用在泥沙颗粒上的体积力比在恒定流中作用在泥沙颗粒上的体积力小的原因，阐述了谢尔德准数既适用于紊流状态，也适用于恒定流状态。     

游艇码头定位桩受力增大系数计算和分析

游艇码头定位桩单桩受力增大系数由于影响因素复杂,很难从理论上确定其影响程度。运用小挠度理论,选取定位桩直径和自由长度为变量参数,提供了钢管桩和PHC桩2种桩型单桩受力增大系数的计算方法,同时也列出了各种参数组合下的增大系数,并研究其规律,为游艇码头定位桩设计时单桩受力增大系数的计算和合理选取提供参考。研究结果表明:受力增大系数随桩直径的增大而增大,随桩自由长度的增大而减小,且均较为离散。     

球形颗粒自由下落过程运动和流场数值分析

深海矿产资源开发一般采用水力提升方式将海底矿石输送到水面.单个矿石颗粒在水中的运动特性及尾流特征是水力提升动力学特性研究的基础.文中采用计算流体力学方法,对不同直径、密度的球形矿石颗粒在水中自由下落的过程进行了数值模拟.采用基于剪切应力运输的分离涡方法模拟颗粒周围流场,研究了单颗粒在雷诺数Re=184,228,285和6 400时的六自由度运动及尾流结构.研究发现,随着Re增大,颗粒分别呈现垂直下落、倾斜直线下落、倾斜振荡下落、随机下落4种不同路径,通过分析其尾流结构及受力特征,讨论了不同下落路径的产生机理,所得结果可为深海矿产资源水力提升管道的设计和机理研究提供参考与支撑.     

畸形波作用下张力腿平台的瞬时响应

应用Tromas等(1991)提出的新波理论的概念,建立了极限入射波浪模型,并把该模型引入到极限波浪与平台互相作用的水动力计算中.研究中应用大连理工大学海岸及近海工程实验室开发的频域波浪力分析程序WAFDUT1.4,得到结构的波浪力传递函数和水动力系数.通过平台运动方程在时域内计算得到运动响应和张力腿受力.最后,进一步研究了张力腿平台的刚度系数和波浪周期的改变对张力腿平台的运动响应和张力腿受力的影响.     

通道宽度对单颗粒沉降运动影响的直接数值模拟

应用任意拉格朗日-欧拉（ALE）算法对固液两相流流场中颗粒的沉降运动进行了真正直接数值模拟。在牛顿流体中通过积分黏性应力和压力获得颗粒的受力跟踪颗粒运动,使用有限元方法数值求解流场的N-S方程,模型不需经验假设。通过模拟颗粒在不同宽度的竖直通道中的沉降来研究颗粒的沉降规律和竖直通道的宽度对颗粒沉降运动的影响作用。模拟结果表明随着通道宽度的增大,颗粒沉降由稳定沉降转变为不规则摆动沉降,沉降雷诺数开始不断增大,随后又趋于稳定。随着通道宽度的增大,其对颗粒沉降的抑制作用变弱。     

北江清远至河口段推移质选沙研究

采用理论分析、变坡水槽试验与实体模型试验相结合的研究方法,针对北江清远至河口河段推移质泥沙特性及运动特性,作了泥沙起动及输移的水槽试验。根据起动试验结果,得出了反映颗粒的隐蔽和暴露作用的隐暴系数表达式;根据输移试验,并通过与其它公式进行比较,得到适应于该河段的推移质输沙率公式。同时,实体模型试验采取选沙方案后,试验成果与实际相符合。     

泥沙颗粒沉降速度计算方法比较分析

泥沙颗粒沉降速度是泥沙管道输送磨阻损失计算的关键因素。针对当前使用较多的颗粒沉降速度计算方法,包括孙玉波提出的对应不同流型的个别计算方法、Concha等人提出的以形状系数为自变量的直接计算方法、Cheng Nian-Sheng基于阻力系数和雷诺数之间关系回归得出的公式、Ahrens基于阿基米德浮力指数和雷诺数之间关系回归得出的公式、Wilson提出的在不同剪切雷诺区的分段计算方法、Weiming Wu基于大量不规则颗粒沉速回归所得的公式,分别进行了详细介绍。进行了计算验证,并与测量数据相比较。给出了关于泥沙颗粒沉降速度计算方法选用的建议。     

中山港区表层沉积物特征分析

根据中山港区69个泥沙样点的表层沉积物调查结果,从粒度级配、中值粒径、分选系数、偏度等参数入手研究表层沉积物特征,分析推断底质泥沙的运动规律,给出港口航道建设建议。     

走锚预报数学模型

本文通过对锚泊船进行受力分析和受力计算，应用船舶操纵基本方程，建立了风流浪等外力作用下，锚泊船在浅水、低速、大漂角中的运动方程。通过对船舶运动与锚链受力及锚链受力与锚抓力之间的关系进行研究，提出了一般运输船单锚泊时，在设定的海况下进行走锚预报的数学模型。并利用计算机对实船进行模拟计算，取得了与实际情况比较符合的效果。本文对研制开发走锚预报器提供了理论依据，对于提高锚泊安全性作了一种新的尝试。     

水下拖缆稳态运动特性计算方法及应用分析

水下拖缆拖曳运动时的受力分析是拖缆系统设计的关键因素.建立拖缆稳态运动的动力学微分方程,将拖缆受到的流体力分为切向力和法向力,水动力系数的准确求解决定了拖缆的位形和受力计算准确性.采用有限体积法离散标准k-ε湍流方程求解拖缆的水动力系数,水动力系数与攻角和Re有关.数值计算的结果与相关实验数据比较表明水动力系数的求解方...     

气浮结构的运动特性研究

文章通过理论分析和试验研究探讨了气浮结构的运动特性。按单自由度刚体弹簧体系建立了气浮结构的升沉和摇摆运动方程,进而求气浮结构运动的固有周期,并对气浮结构的运动特性进行了讨论分析。文中引进的气浮力折减系数ka体现了气浮体的恢复力刚度系数与普通浮体的差异,该参数对气浮体的浮态、稳性、运动特性都有很大的影响。理论分析和试验表明气体浮体的固有周期比相应实浮体的大。结合理论和试验,确定了气浮结构作升沉运动时附连水质量系数的取值。摇摆运动的附连水质量系数的确定较为复杂,还需作进一步的研究。     

灌河口海域泥沙悬浮和沉降试验研究

掌握灌河口海域泥沙运动规律是开展灌河口航道整治研究的基础。以现场所取泥沙为研究对象,通过大型波浪水槽试验研究灌河口海域泥沙在不同的水深、不同的波周期和波高条件下的悬浮规律。通过静水沉降试验研究灌河口海域泥沙在不同初始浓度、不同水深下的沉降特性。结果表明,在极限波高情况下,水体上部区域含沙量较小,且沿垂线分布变化较小,但水体底部附近含沙量较大,总体上底部含沙量比上部水体含沙量大0.25~0.96 kg m^3;不同水深以及不同初始含沙量情况下,泥沙沉降速度0.08~0.20 cm s,与单颗粒泥沙沉速在同一量级,灌河口海域泥沙絮凝作用较弱。     

海底水力输矿管固液两相流的数值模拟

传统的固液两相流数值模拟方法是将固体颗粒(和液体)作为高密度的液体流处理,这只适用于固体颗粒非常细小的情况如粮食输送、泥沙输送等。对海底采矿的水力输送问题,由于固体颗粒相对于水粒子非常庞大,再作为传统的固液两相流处理不科学。本文对矿石颗粒采用离散元方法、对水粒子采用Fluent方法,并将两者耦合进行固、液耦合流在竖向弯管的流动特性研究,考察了不同入口流速下流体的运动规律和矿石颗粒的运动规律和分布规律。结果表明：由于矿石颗粒堆积在管道底部,导致管道内顶部的水流速度大,底部的水流速度小；随着水流速度的降低,矿石颗粒的堆积效果也更加明显；同时存在某一特定速度,使得其开采效率达到最大。     

长直管道输砂的沿程临界流速*

近年来，河湖水库的环保疏浚、港口航道建设与维护性疏浚工程越来越多，管道输送是疏浚泥沙搬运的主要方式，输送距离也越来越长。管道输送中流速沿程的再分布情况和临界流速尚待进一步研究。基于古雷镇填沙工程清水工况及输沙工况分层取样浓度实测数据对模型进行率定。在此基础上对长直管道输送砂类泥沙颗粒进行三维水动力及砂的运动模拟，分析了直管道沿程的剖面流速再分布特征和泥沙淤积临界流速规律，提出长管中不同断面位置发生泥沙淤积的临界流速公式，为疏浚工程设计提供参考依据。     

两自由度运动圆柱绕流的离散涡方法模拟

应用离散涡数值方法(Discrete Vortex Method,DVM)对弹性支承的二维圆柱绕流的涡激振动(VIV)问题进行数值模拟,研究单自由度横向运动系统、两自由度系统横向和流向耦合运动这两种模型的计算结果,得到了不同质量比、不同折合速度下的尾涡形状、受力系数和圆柱响应曲线,并分别提取了单自由度和两自由度两种模型所得到的横向振幅进行对比.总结出受质量比和自由度数影响的圆柱响应的变化规律,证实了锁定lock-in现象的发生过程.通过与实验结果的对比,验证了计算结果较为合理和可靠,说明离散涡方法是研究涡激振动问题的有效手段,并且它能够适应高雷诺数下的计算,并且认为圆柱的流向运动对涡激振动起着促进作用,在数值模拟中是应当予以重视的.计算过程采用FORTRAN语言编程实现.     

连云港徐圩海域海岸性质研究

研究了连云港徐圩海域底质的粒径特征和泥沙水力特性,并与连云港主港区、天津港和黄骅港等港口进行对比,研究了不同海岸类型在底质的粒径特征和泥沙水力特性的差异,指出泥沙颗粒黏性影响泥沙水力特性、泥沙水力特性决定海岸性质,给出了海岸性质分类的改进意见,在此基础上确定了徐圩海域海岸性质.     

营口港鲅鱼圈港区泥沙运动研究

利用现场实测水文、泥沙及地形变化资料,对营口港鲅鱼圈港区附近的水文特征、泥沙来源,运动形态、岸滩变化及泥沙淤积进行了分析研究。     

淤泥临界起动条件及冲刷率试验研究

本文根据试验结果,从粘性细颗粒泥沙受力分析出发,考虑淤泥密实度及粒径的变化对细颗粒泥沙间粘结力的影响,对粘性细颗粒泥沙临界起动条件变化规律进行了探讨;并对其冲刷串与水流切力的关系进行了初步研究,文中关于粘性细颗粒泥抄临界起动条件表达式经所收集到国内外实测资料验证,吻合程度较高。     

晋江围海工程黏性原状土冲刷率试验研究

通过物理模型试验,对福建晋江围海工程的6组粉沙、8组细沙、7组中粗沙原状土样进行冲刷率试验。根据实测的冲刷率和床面切应力来分析原状泥沙的冲刷率表达式。考虑中值粒径对冲刷率表达式的影响,分别得出了粉沙、细沙、中粗沙的冲刷率表达式中的能量指数和冲刷系数。结果表明:粉沙、细沙、中粗沙的冲刷率分别与相对剩余切应力的0.5次方、1次方、1.25次方成正比,且随着粒径的增大,冲刷系数逐渐减小,中粗沙的冲刷系数仅为粉沙的十分之一。此外,粒径较小的粉沙和细沙的冲刷系数有随土样黏性颗粒含量的增加而成非线性减小的趋势,黏性颗粒含量较小的中粗沙的冲刷系数则随着黏性颗粒含量的增加无明显关系。