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题名波流作用下沙纹床面悬沙运动的高效数值模型
- 1
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作者
周游
侯新妤
施华斌
陈鑫
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机构
中国农业大学水利与土木工程学院
澳门大学智慧城市物联网国家重点实验室
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出处
《力学学报》
北大核心
2025年第2期453-463,共11页
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基金
国家自然科学基金(12472415和41961144014)
澳门特别行政区科学技术发展基金(0050/2020/AMJ)资助项目。
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文摘
沙纹床面旋涡运动和泥沙输运对海岸地貌演变有着重要影响,但传统数值模型忽略了非线性波-流相互作用、泥沙相位差等重要因素.文章在保证精度的基础上降低计算成本,发展了一个高效的波流共同输运悬沙的数值模型,并探究了沙纹床面水动力及悬沙运动规律.悬沙方程综合了惯性及尾涡对颗粒紊动扩散的相反作用;泥沙近底条件统合了非线性波的加速度-边界层非对称效应和波流相互作用,泥沙的相位差和质量守恒效应.本文用系列波流共同作用下的沙纹实验验证了模型适用性,进一步对比了恒定流、波浪往复流和波流共同作用的沙纹水动力和悬沙运动.结果表明,波浪的存在增加了紊流黏度,动量交换机制使得表观粗糙高度比实际粗糙高度大很多,从而改变了流的速度对数分布律.流的存在主要影响波峰以上波浪的水平流速,影响了对称往复流泥沙通量在正负半周期的对称性,从而产生净输沙.该高效数值模型可用于海域复杂波流动力条件下沙纹的数值计算,可为港口、海岸及近海工程的规划和建设提供科学指导.
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关键词
波流共同作用
涡动沙纹
相位差
惯性及尾涡
泥沙近底条件
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Keywords
wave-current interaction
vortex ripples
phase lag
inertia and wake flow
near-bed sediment condition
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分类号
TV142
[水利工程—水力学及河流动力学]
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题名一种人工鱼礁的水动力学研究与建设效果评价
被引量：9
- 2
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作者
姜少杰
刘海敌
吴伟
王世明
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机构
上海海洋大学工程学院
上海海洋大学海洋工程研究所
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出处
《海洋学研究》
CSCD
北大核心
2017年第2期53-60,共8页
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基金
农业部2013年渔业资源和海洋环境保护项目资助(D8005-13-0296)
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文摘
针对舟山群岛的海洋环境和渔业资源等情况,设计了一种正六棱柱式人工鱼礁用于改善当地的海洋生态和渔业资源。选用反映鱼礁通透性的ε值和反映鱼礁附着能力的η值两个参数对人工鱼礁的结构进行评价,通过比较发现所设计的正六棱柱式人工鱼礁在具有良好通透性的情况下还能够为海洋生物提供更大的附着面积,满足设计需求。使用Fluent软件对鱼礁进行CFD仿真,发现鱼礁迎流面前部上升流的最大高度随来流速度的增加而增加,鱼礁后方背涡流的长度约为鱼礁高度的9.3~9.6倍,表明其具有很好的水动力特性。为进一步验证鱼礁的水动力学性能,在相同尺寸、相同水域环境下对鱼礁模型设计了水槽实验,与仿真结果相互验证,证明了正六棱柱式人工鱼礁水动力性能的有效性。最后采用实地调查的方法对正六棱柱式鱼礁礁区与箱形鱼礁礁区进行建设效果的对比评价,发现两种鱼礁均能对各自所处的海洋环境起到增殖作用,正六棱柱人工礁区的平均生物密度大于对比礁区的生物密度,证明了其良好的水动力特性对增殖效果的有效性。
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关键词
人工鱼礁
上升流
背涡流
CFD仿真
水槽实验
效果评价
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Keywords
artificial reef
upwelling current
wake vortex
CFD simulation
flume experiment
effect evaluation
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分类号
S953.1
[农业科学—水产养殖]
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题名金字塔型人工鱼礁绕流的三维CFD模拟研究
被引量：15
- 3
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作者
何文荣
黄远东
黄黎明
邓济通
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机构
上海理工大学环境与建筑学院
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出处
《水资源与水工程学报》
2013年第5期71-76,共6页
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基金
上海市教委重点学科建设项目(J50502)
上海市研究生创新基金项目(JWCXSL1102)
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文摘
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0.8 m/s)下金字塔型人工鱼礁(底面边长和高度均为3 m)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三棱柱型鱼礁在上升流和背涡流特征量上的差别。
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关键词
金字塔型鱼礁
上升流
背涡区
分离点
涡量
阻力系数
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Keywords
pyramid reef
upwelling current
wake vortex region
separation point
vorticity
drag coefficient
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分类号
TV131
[水利工程—水力学及河流动力学]
O351
[理学—流体力学]
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题名三棱柱型人工鱼礁绕流流场的CFD分析
被引量：17
- 4
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作者
黄远东
龙催
邓济通
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机构
上海理工大学环境与建筑学院
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出处
《水资源与水工程学报》
2013年第1期1-4,共4页
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基金
上海市教委重点学科建设项目(J50502)
上海市研究生创新基金项目(JWCXSL1102)
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文摘
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。
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关键词
三棱柱型人工鱼礁
剧烈分离
水流场
上升流
背涡区
数值仿真
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Keywords
three-prism artificial reef
massive separation
water flow field
upwelling current
wake vortex region
numerical simulation
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分类号
TV131
[水利工程—水力学及河流动力学]
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题名人工鱼礁开口比对流场效应影响的三维数值模拟研究
被引量：13
- 5
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作者
黄远东
付登枫
何文荣
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机构
上海理工大学环境与建筑学院
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出处
《水资源与水工程学报》
2014年第4期39-43,共5页
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基金
上海市教委重点学科建设项目(J50502)
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文摘
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。
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关键词
立方体人工鱼礁
开口比
上升流
背涡
数值仿真
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Keywords
square artificial reef
cut-opening ratio
upwelling current
wake vortex
numerical simulation
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分类号
S953.1
[农业科学—水产养殖]
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题名两端铰接的细长柔性圆柱体涡激振动响应特性数值研究
被引量：11
- 6
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作者
高云
邹丽
宗智
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机构
西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室
东京大学机械工程学院
大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室
高技术船舶与深海开发装备协同创新中心
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出处
《力学学报》
EI
CSCD
北大核心
2018年第1期9-20,共12页
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基金
国家自然科学基金(51609206
51522902
+3 种基金
51579040)
国家留学基金(201608515007)
青岛海洋科学与技术国家实验室开放基金(QNLM2016OPR0402)
中央高校基本科研业务费专项资金(DUT17ZD233)资助项目
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文摘
目前细长柔性圆柱体涡激振动响应的研究方法主要包括实验方法、计算流体动力学方法以及半经验模型方法.鉴于实验方法研究成本较高、计算流体动力学方法计算时间较长,本文基于尾流振子模型对线性剪切来流下两端铰接的细长柔性圆柱体涡激振动响应特性进行了半经验模型方法研究.先建立了柔性圆柱体结构振子以及尾流振子之间的耦合模型,紧接着基于二阶精度中心差分格式对耦合模型先离散后迭代进行求解.对不同剪切参数下柔性圆柱体涡激振动响应的振动波长、振动频率、振动位移以及响应频率随时间的变化特性等参数进行了分析.分析结果表明:圆柱体的涡激振动响应由驻波和行波混合组成.当无量纲弯曲刚度较小时,在圆柱体两端附近,驻波占主导;而在圆柱体中间段附近,行波占主导.当无量纲弯曲刚度较大时,在圆柱体整个长度区间上均为驻波占主导.随着剪切参数的增大,振动位移以及振动波长均逐渐减小,而振动频率和频率带宽均逐渐增大.
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关键词
柔性圆柱体
涡激振动
线性剪切来流
尾流振子模型
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Keywords
flexible cylinder
vortex-induced vibration
linearly sheared current
wake oscillator model
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分类号
O357
[理学—流体力学]
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题名圆柱镂空型人工鱼礁波流水动力特性数值模拟
被引量：6
- 7
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作者
蒋为
赵云鹏
毕春伟
崔勇
李娇
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机构
大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室
中国水产科学研究院黄海水产研究所
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出处
《渔业现代化》
北大核心
2017年第2期30-37,共8页
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基金
国家自然科学基金(51239002
51579037)
+3 种基金
中国博士后基金(2014M560211
2015T80254)
中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(2016HY-ZD0103)
中央高校基本科研业务费专项资金(DUT16YQ105)
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文摘
研究人工鱼礁在波流作用下的水动力特性,对于人工鱼礁的设计具有重要的意义。基于有限体积法,采用边界造波,利用自由表面捕捉法(VOF)捕捉自由水面,建立了可以分别模拟纯波、均匀流以及波流共同作用下人工鱼礁水动力特性的多功能三维数值波流水槽。基于该数值模型对不同波流工况作用下圆柱型镂空人工鱼礁水动力特性进行数值模拟,并与物理模型试验结果进行比较。结果显示,人工鱼礁数值模拟受力与模型试验结果吻合良好,人工鱼礁所受的波流力最大值随着波高、周期和水流流速的增大而增大;人工鱼礁处于波流场波峰正下方时,背涡流的面积随着水流流速的增大而增大,随着波高、周期增大而减小。对单独均匀流作用、单独波浪作用和波流联合作用下人工鱼礁的水动力特性对比研究表明,人工鱼礁所受的最大波流力比最大波浪力、水流力都大,波流联合作用下的流场效应最显著,在礁体的后部形成了较大规模的漩涡结构。
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关键词
人工鱼礁
波流力
背涡流
三维数值波流水槽
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Keywords
artificial reef
wave-current force
wake vortex 3D-numerical wave-current tank
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分类号
S953.1
[农业科学—水产养殖]
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题名同透空率下多孔人工鱼礁流场效应的三维数值模拟研究
被引量：13
- 8
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作者
庞运禧
李芳成
李尧
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机构
广东海洋大学海洋与气象学院
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出处
《水资源与水工程学报》
CSCD
2017年第2期133-141,共9页
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基金
广东省科技厅资助项目(2010B030600007
2007B03020006)
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文摘
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。
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关键词
人工鱼礁
鱼礁组合
数值模拟
上升流
背涡流
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Keywords
artificial fish reef
fish reef combination
numerical simulation
upwelling current
wake vortex current
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分类号
S953.1
[农业科学—水产养殖]
TV13
[水利工程—水力学及河流动力学]
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题名悬链线型海洋脐带缆涡激振动响应分析
被引量：1
- 9
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作者
乐奇
郭一柱
王刚
张慧甍
樊耀华
赵佳阳
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机构
哈尔滨工程大学机电工程学院
中航宝胜海洋工程电缆有限公司
大连交通大学土木工程学院
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出处
《应用科技》
CAS
2022年第6期78-85,共8页
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基金
国家自然科学基金项目(52271269,52001088,U1906233)
山东省重大科技创新工程项目(2019JZZY010801)
+3 种基金
黑龙江省自然科学基金项目(LH2021E050)
中央高校基本科研业务费专项资金项目(3072022QBZ0703)
工业装备结构分析国家重点实验室开放基金项目(GZ20105)
海洋工程国家重点实验室开放课题(GKZD010084)。
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文摘
海洋脐带缆在位工作时经常会受到涡激振动(vortex-induced vibration,VIV)的影响,其影响程度与众多因素有关,如外界影响因素波浪和自身影响因素脐带缆铠装层数等。本文针对某悬链线型海洋脐带缆的涡激振动现象,基于尾流振子模型对脐带缆进行分析,借助OrcaFlex软件,研究了脐带缆在水深1 000 m的情况下不同海流流速和不同铠装层数对涡激振动的影响。分析结果表明,脐带缆在靠近海面和海底处所受到的海流VIV的影响较大,且随着重现期的增大而影响愈加明显。根据上述结论,可以对脐带缆涡激振动影响最为明显的部位进行改进,从而提高脐带缆的抗涡激振动性能。
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关键词
涡激振动
脐带缆
尾流振子模型
悬链线型
海流
铠装层
重现期
OrcaFlex
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Keywords
vortex vibration
umbilical cable
wake oscillator model
catenary type
current
armor layer
recurrence period
OrcaFlex
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分类号
P75
[天文地球—海洋科学]
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