海面风场预报的技术研究报告

采用区域性大气边界层诊断模式，将大气边界层分为两层，即近地面层和埃克曼层，并由相似原理得到近地层和埃克曼层的风速廓线弥合，形成海面逐时风场。同时，考虑了热带气旋(以下简称台风)天气系统的动力学特征，采用台风模型风场修正其影响区域的风场，然后利用风场和气压场之间的对应关系，用变分调整得到较为合理的海面逐时风场。将此模式作为一个模块嵌入我们研制的《船用防避台风决策系统》中。     

复杂群岛海域内的海面风数值试验

利用三维原始方程模式，通过个例的数值模拟试验，考查了海陆分布、地形、太阳辐射、海-气热通量对群岛海域低层中尺度风场结构和分布的影响，并作了海面风场的数值预报试验．结果表明，在动力或热力因子强迫下，群岛海域低层风场的时、空分布发生显著变化，同恒定、均匀分布的天气尺度风场差别较大．模式能合理地再现复杂群岛海域中尺度风场的特征，预报的海面风同观测接近．提供的探空观测或天气尺度预报场，适合在群岛海域的海洋环境问题应用中使用．     

气候变化条件下基于海洋三维高分辨环境模拟的航海仿真研究

利用航海仿真技术,对气候变化背景的各种海洋环境条件下的船舶运动进行模拟仿真是评估气候对航运影响的一个有效手段.文中将研究重点放在如何获取一个真实的海洋环境场,依托海洋、大气、浪模式发展了一个联合环境动力预报系统,对海洋三维环境要素进行高分辨模拟预报.通过真实个例的实验研究表明,这一方法能够得到高精度而且真实协调的环境场数据.将这些模拟和预报的环境要素场,例如海面风、海流和海浪,与船舶运动方程相结合可以计算船舶在该种真实的海洋环境条件下的运动轨迹和姿态.利用VC和OpenGL进行联合编程,运用虚拟现实技术构造三维的海洋场景,取得了较好的效果.     

浦东机场06.24低云低能见度过程分析

2013年06月24日夜间至25日上午,浦东机场出现低云低能见度天气。为分析此次低云低能见度过程,本文主要使用浦东气象台逐时观测资料,该资料从浦东机场METAR报中提取,并用Tetens经验公式计算相对湿度,将低云和低能见度分别与相对湿度进行相关性分析,对影响云高和能见度的气象因子进行初步分析。为进一步分析此次低云低能见度天气成因,利用华东空管局气象中心业务化运行的数值预报系统输出产品,对气象物理量进行诊断分析,同时将三套数值预报产品对比分析,对数值预报准确性进行评估。     

MM5V3/ECOM-si海气耦合模式的数值试验

利用中尺度大气数值模式MM5的最新版本MM5V3和一个三维的河口、海岸和海洋环流模式ECOM—si实现了一个MM5V3／ECOM—si的中尺度海一气耦合数值模式．耦合模式中大气模式底边界由海洋模式预报的SST强迫，海洋模式的上边界由大气模式预报的海面风应力、感热通量、潜热通量、净长波辐射通量和吸收的太阳短波辐射通量强迫．两个模式在相应的时步上互相交换信息并同时运行．为了验证耦合模式的效果．文中利用耦合前后的模式分别对黄东海区域1995年3月的一个人海气旋的个例进行了36h的模拟试验．并对前后模拟的结果进行了初步的分析．     

台风路径预报CLIPER模式及其在航海上的应用

根据对１９４９￣１９８９年西北太平洋历史台风活动的气候和持续特征的统计分析，提出了在船舶航行条件下６￣７２小时、每隔６小时的台风路径预报的ＣＬＩＰＥＲ模式。通过三年的实船试验与推广应用，表明该模式有一定的预报能力。并且预报业务系统操作方便和直观。这种方法是运用航行船舶作台风路径预报的一种客观预报工具。     

基于CFD的30000吨载货教学实习船阻力数值模拟

为了对船舶阻力进行精确预报,选取30000 t载货教学实习船为研究对象,基于CFD对静水中不同航速的船舶阻力进行数值模拟,建立三维船体模型,采用局部加密进行网格处理,使用Standard k-ε湍流模型,利用VOF法追踪自由液面,将结果与船模试验数据进行比较表明,该方法计算速度快,成本低,预报精度较高,具有重要工程意义...     

双桨双舵船舶操纵性预报研究

采用MMG数学模型，结合双桨双舵船舶的水动力性能特点，建立了双桨双舵船舶在静水中水平面上的操纵运动模拟模型，应用该模型对一艘双桨双舵船舶在满载条件下的定常回转试验、Z形试验和紧急停船试验进行了数值模拟，得到了表征船舶操纵性的指标．通过将预报的操纵性指标和IMO提出的操纵性标准进行比较，实现了对该船操纵性的定性预报．     

渤海二维潮流数值预报

本文对渤海进行二维潮流数值预报，依据威海往北一线上的潮汐预报值．通过数值预报的方法预报出渤海任意点任意时刻的潮流。实验结果表明，潮流数值预报的精度较高，可以在航海活动中使用。     

完全强迫下夏季黄东海环流三维高分辨数值模拟

在多年的观测资料基础上，以月平均大气风应力、边界流输送、温盐斜压效应、潮汐、长江口径流等作为强迫条件，对黄东海环流的结构进行了3D数值模拟，探讨了各因子对主要流系的动力学作用．完全强迫下的数值模拟再现了夏季黄东海主要环流流系的基本特征．夏季温盐场出现层化，垂直运动较冬季强，是夏季黄东海总的环流结构形成的重要因子；黄海海域存在一明显的逆时针的气旋式环流，潮汐作用对这一气旋状环流有直接贡献；风场的作用较冬季小。但对于一些表层环流(特别是黄海表层北向的表层流)的形成仍有一定作用；台湾暖流是对马暖流的主要来源；黄海冷水团形成有潮致环流作用的成分；与冬季一样，在黑潮北端、日本岛附近有一地形诱导的气旋状环流．     

CFD在船舶两种不同推进器中的应用研究

根据船舶螺旋桨和喷水推进器工作的特点,界定了两者数值计算流场控制体的范围.运用结构化与非结构化网格相结合的方法对流场计算区域进行网格划分.通过求解雷诺时均的控制方程,预报了2种推进器的外特性,分析了2种推进器流场的特点,比对了预报结果和试验数据间的吻合程度.比较了CFD在2种推进器上应用的不同点,说明了CFD在螺旋桨和喷水推进上应用的可行性与优缺点.     

船舶运动格林函数远场部分的数值分析

船舶运动格林函数因其良好的远场波状特性以及自动满足线性自由面边界条件和辐射条件，在求解船舶运动问题的线性理论中扮演着重要的角色，面对船舶运动格林函数的数值计算非常复杂和耗时，这阻碍了船舶运动格林函数在求解船舶运动问题中进一步应用，文中提出了按区域计算船舶运动格林函数的一种方法，对船舶运动格林函数的远场部分在近场区域进行了数值计算，该方法可节约数值计算时间。     

湍流动能的产生与飞行中严重的晴空颠簸

基于湍流动能倾向方程，推导出了其只含风切变和大气稳定度的简化方程．根据收集到的100例飞行中晴空颠簸的实际资料，利用环境技术应用(ETA)模式对该简化方程进行了检验．研究表明，仅利用湍流动能的产生预测晴空颠簸并不一定有效，而需要对湍流动能的产生项进行诊断．预报颠簸时，湍流动能倾向方程中的耗散项不能忽略；ETA模式的垂直分辨率和模式的设计者给定的大气稳定度对预报的准确性也有影响。     

东海台风路径预报的CLIPER模式

现提出东海台风２４￣７２小时路径ＣＬＩＰＥＲ全样本预报模式和ＣＬＩＰＥＲ分类预报模式，并设计一套根据运动台风不断变化的区域及其前期运动趋势而采用不同的预报模式和预报方程的方法。五年２８例台风的试报表明，２４、４８、７２小时预报误差分别为１０９，２１５，３２９海里，精度明显高于国内外类似模式，而且该方法简便、易行，适合于海洋预报台和气象台站作台风路径的客观预报，特别是可作为配有ＩＢＭ微机的远洋船舶从     

三种近壁湍流模式对船舶尾流场影响研究

对在标准的ｋ－ε湍流模式中分别用两点壁函数、双层法和直接在近壁区解动量方程在５种处理壁面的方法对船模作了比较计算，以找出经济、有效的处理壁面的方法。从计算结果和应用角度看，这３种方法均能较成功地处理壁面，其中两点壁函数法对船舶尾流场计算数值处理较为简单。     

基于Matlab的船舶静水力性能数值计算

本文提出一种基于Matlab的船舶静水力性能数值计算方法，该方法完全独立于传统的表格算法，方便快捷，精确度高。     

自由面上作操纵运动三维船体粘性流场数值研究

船舶与土木工程学院张谢东副教授获准国家自然科学基金资助,课题为“自由面上作操纵运动三维船体粘性流场数值研究”. 1.研究目标为 项目的主要研究目标是建立在自由表面上作操纵运动船体的粘性理论计算模型和相应的数值计算方法,开发出一套关于在自由表面上作操纵运动船体三维粘性流场及水动力数值计算的计算机软件.从而提高船舶操纵水性动力理论计算和船舶操纵性预报的精度,填补国内运用粘性流体力学理论研究船舶操纵性的空白. 2.研究内容 项目主要研究在自由表面上作操纵运动三维船体的粘性流动问题.运用现代CFD技术,以粘性流体力学基本方程RANS方程为基础,对在自由表面上作斜航和回转运动三维船体的流场、压力分布以及水动力进行数值计算,以精确地预报三维船体作操纵运动时的复杂流动现象,如三维流动分离和分离涡,精确地预报自由面上作操纵运动三维的水动力.为了验证理论计算的准确性,还将做相应的船模操纵性试验研究. 3.拟解决的关键问题 1) 采用原始变量法模拟船体粘性绕流的关键问题之一是船体坐标网格的生成,这是数值计算的基础,网格结构、类型和尺度将直接影响粘性流场数值计算的精度.因此,本研究的重点将放在对各类网格生成方法比较、不同网格对数值计算的影响以及三维船体网格生成的通用性和局部加密的研究上. 2) 采用N-S方程求解三维船体粘性绕流的另一关键问题是方程的数值离散问题,本项目将对传统的数值离散方法如有限差分法、有限解析法和有限体积法等进行系统的分析、比较,以寻求一种较为稳定和精确的方法,对作操纵运动船舶的粘性绕流进行计算. 3) 湍流模式和壁面处理形式也是影响粘性流动理论计算的精度和效率的一项重要因素,本研究将对适合于作操纵运动尤其是作大角度斜航和回转运动三维船体的粘性流动计算的湍流模式和壁面处理方法进行研究与探索. 4) 同时考虑粘性和自由表面的影响是研究的一个难题,也是将要解决的关键问题. 4.项目创新之处 项目的创新之处是在船舶操纵运动的理论研究中,引入了粘性流体力学的理论和方法,并且首次同时考虑自由表面和粘性对作操纵运动船舶的水动力的作用,运用现代CFD技术及粘性流体动力学方程,分析、计算作操纵运动船舶的流场、压力分布及水动力,从而建立更加合理、精确和完善的操纵运动船舶水动力理论计算模型和数值计算方法. 科技处(余区办) 章爱武     

操纵运动船体三维粘性流场及水动力计算

船舶与土木工程系邹早建教授主持的科研项目“操纵运动船体三维粘性流场及水动力计算”,得到教育部资助. 项目简介如下. 1. 研究目标、研究内容和拟解决的关键问题 项目研究的目标是通过对操纵运动船舶三维粘性流场及水动力数值计算方法的研究,开发出一套操纵运动船舶三维粘性流场及水动力计算的计算机软件.研究内容包括：采用RANSE对作操纵运动船舶的粘性流动进行数值计算,以便精确地预报定常斜航和定常回转情况下的复杂流动现象,如三维流动分离和分离涡,精确地预报操纵运动船舶的水动力;开发出操纵运动船舶粘性水动力计算的CFD程序,并对CFD计算的不确定性和有效性进行分析. 项目拟解决的关键问题主要有四方面,首先是如何生成高质量的计算网格问题;第二是湍流模式的选择与应用问题;第三是如何在计算中计及自由面兴波影响;最后是数值特性分析与计算结果的可视化问题. 2. 项目特色与创新之处 项目属于应用基础研究,其创新之处体现在如下几方面：研究网格拓朴结构、网格-类型与数值结果的依赖关系;复杂几何结构（如船体、附体）分区结构网格生成;湍流模式的选择与应用;三维RANSE的离散求解和粘性数值方法特性分析等. 科技处（余区办）章爱武     

特大货车谱系化结构数值仿真校验平台开发与应用

针对特大铁路货车结构安全性的特殊重要性,产品的唯一性,谱系化的系列性,试验验证的滞后性,为特大铁路货车谱系化结构构造了一个服役安全性数值仿真校验平台.该平台采用"搭积木"式的模块化结构,对谱系化化结构的特大货车的仿真计算非常适用.数值仿真计算结果与产品试验数据有良好的一致性,证明了该平台功能的完整性与可靠性,也证明了该平台对特大货车结构建模经验共享的有效性.     

海洋拖曳系统对船舶操纵性能的影响

将拖曳母船、拖缆和拖曳体视为一个相互作用的整体,利用耦合边界条件,将拖缆顶端和底端的张力与其产生的力矩,分别计入船舶操纵性运动方程和拖曳体六自由度运动方程,结合拖缆的有限差分方程,建立了船/缆/体耦合运动模型,采用数值计算方法,对比分析了海洋拖曳系统对船舶操纵性产生的影响.计算结果表明:当计入拖缆和拖曳体耦合影响后,船舶稳态运动时的速度会降低,改变量为3％～5％;船舶回转机动时,速度、回转半径与横摇角会降低,改变量分别为2％～3％、2％～4％和11％～21％.采用船/缆/体耦合运动模型计算得到的船舶操纵性能符合实际,可为预报海洋拖曳系统的运动信息提供理论依据.