Scholte波识别水池缩比实验

该文基于简正波分离识别Scholte波的方法,分析了之前Scholte波识别水池缩比实验结果中出现较大误差的原因,提出从声场中优先提取其他阶简正波的方法来改善实验结果、降低实验误差,并证实增加合成孔径垂直阵采样点数至119点（一次采样期间首末阵元信号保持良好相关性）,有助于改善水池Scholte波识别误差,从而使水池Scholte波识别缩比使实验结果与理论值更为接近。水池缩比实验的结果证明该方法改善了Scholte波识别实验的结果,降低了声源深度较浅、Scholte波激发较弱时的实验误差,使水池缩比实验简正波分离识别Scholte波的方法更加可靠。     

基于修正光滑粒子流体动力学算法的低能量耗散数值波浪水池开发

目前, 无网格光滑粒子流体动力学SPH粒子法在波浪与结构物相互作用研究方面得到广泛应用, 但该方法模拟波浪远距离传播时, 常常面临严重的能量耗散问题, 导致波高非物理性降低, 给大范围海域、长时间作用下的波-物耦合作用研究带来一定困难. 对此, 本文采用一种核函数修正算法, 在确保粒子间相互作用对称性的同时, 改进压力梯度离散项的计算精度, 设法解决SPH方法中能量非物理性耗散的难题. 相较于前人减缓能量非物理性衰减的方法, 本文的修正SPH算法避免了自由液面搜索等复杂处理过程, 并能保证动量守恒特性. 数值结果中, 采用振荡液滴、规则波、不规则波等算例, 验证本修正SPH算法的准确性和有效性. 结果表明, 该修正SPH算法能准确模拟振荡液滴形态变化, 且动能保持较好守恒性. 通过数值水池与物理水池两者规则波与不规则波结果的对比分析表明, 基于本文修正SPH算法建立的数值波浪水池具有较好的抗能量衰减效果, 能实现长时间、远距离波浪传播的准确模拟. 此外, 本算法能在低光滑长度系数条件下, 实现精确模拟, 将极大缩减三维SPH模拟的时间, 从而节约计算成本.      

Analysis of Origin of Multi-Ring Basins by Theory of Deep Water Waves

The tsunami model of the origin of multi-ring basins by an initial surface deformation, which is set as a calculating the ring radius. The formula applied to is analysed with the theory of deep water waves generated parabolic crater. We obtain an approximate formula for some multi-ring basins on the Moon, Mercury and Mars gives almost equidistant spacing of the rings within the main ring （the Ⅳ ring）; this agrees with the previous conclusion that the Ⅳ ring marks the end of the fluidized region. Besides this, the theory of deep water waves does not require similar crustal structure at each basin-impact site on all three planets which is required in the theory of shallow water waves.     

FFP在黏土中贯入过程的CFD模拟

圆锥静力触探法(Cone penetration test, CPT)广泛应用于土的抗剪强度测试中。在此基础上发展的自由落体式贯入仪(Free fall penetrometer, FFP),依靠自由下落获得的动能和自身重力势能贯入土中,不需要借助外部加载装置,提高其使用的便捷性。但在动力贯入过程中FFP与土的相互作用更为复杂,涉及到土体的率效应和拖曳阻力等的影响。因此,对FFP各项受力和相关参数的准确分析有助于提高其实用性以及测量的准确性。作者采用基于计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)的分析软件ANSYS CFX 17.0模拟FFP在均质黏土中的贯入过程,借助动网格的大变形分析方法来模拟FFP贯入过程中的运动边界问题。提出了薄层单元法模拟FFP与土体的界面摩擦接触行为。在CFD模拟中,土体材料采用非牛顿流体来模拟,其剪切强度受土体切应变率的影响(即土体的率效应)。通过模拟贯入仪在黏土中以不同的速度贯入的过程,研究FFP的端部阻力和侧壁阻力与贯入速率、土体强度和密度、界面摩擦系数以及率效应参数之间的关系,建立了端部承载力系数、端部和侧壁率效应参数及拖曳系数的表达式,并提出了土体不排水抗剪强度的预测方法,为FFP测试数据的解析提供依据。      

拖曳体激发内波时空特性实验及其理论模型

在具有密度跃层的分层流体中,采用沿水槽中纵剖面对称布置电导率探头阵列的方法,对1个球体和2个不同长径比细长体在拖曳运动下激发内波的时空特性进行了系列实验.结果表明:存在一个与长径比近似为线性关系的临界Froude数Frc,当FrFr_c时,内波相关速度均与物体运动速度一致,体积效应内波为主控内波,内波波高均随拖曳速度增大而先增大后减小,Lee波峰值对应速度随长径比增大而增大;当FrFr_c时,内波相关速度均小于物体运动速度,其相关速度Froude数Fr_(iw)均在0.43—1.18之间的一个条带内变化,尾迹效应内波为主控内波,内波波高均随拖曳速度增大而近似线性增大.此外,从波形结构上看,体积效应内波关于水槽中纵剖面是对称的,而尾迹效应内波关于水槽中纵剖面是不对称的.结合上述实验结果,在已有针对拖曳球产生内波的等效源理论模型基础上,针对体积效应内波,提出了不同长径比模型的等效源移动速度和体积的设置方法;针对尾迹效应内波正对称和反对称这一特性,提出了正对称组合源和反对称组合源理论模型及其参数设置方法.所得计算结果在波高、波形结构和波系分布上与实验结果符合良好,表明了所提出的理论模型及其参数设置方法的合理性和有效性.     

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提出一种与力矩分配法经典模型类似的水池势能模型, 分析了二者在适用性、渐进性、
收敛性、分配步骤、收敛速度等方面的相似性, 引入类比方法论证二者在力学原理上的相通
性. 该模型形象、生动, 有助于学生理解、掌握力矩分配法的原理、特性和解题技巧, 对培
养学生的思维能力、创新能力有益.     

明渠层流近床面颗粒拖曳力研究

泥沙颗粒受到的拖曳力是泥沙运动的主要驱动力，而当前应用于计算流体力学-离散颗粒法(CFD-DPM)耦合模型进行水沙运动模拟的泥沙颗粒拖曳力公式均没有考虑明渠流底床边壁作用的影响。求解不可压缩Navier-Stokes方程，对明渠层流不同雷诺数条件下床面附近不同高度处颗粒所受拖曳力进行了模拟，根据模拟结果变化规律，提出了综合考虑床面和水流惯性对标准拖曳力影响的修正拖曳力计算公式。与常用的单颗粒标准拖曳力公式和考虑遮蔽效应的多颗粒拖曳力公式相比，采用本文修正公式得到的水沙作用力更接近高精度数值解，应用于CFD-DPM输沙模拟获得的输沙结果与输沙率公式结果一致，应用分析表明输沙模拟应当采用粗糙底床边界。     

用于海洋拖曳系统的吸光度传感器设计与研制

为实现海水吸光度大范围长时间的测量，设计了适用于海洋拖曳观测系统的原位吸光度传感器。传感器可实现多波段吸光度同步探测，选取LED和光电二极管分别作为光源和探测器，通过多通道并排排列的光机结构布局方式及高集成电路优化等实现传感器的小型化及低功耗设计；使用窄带光学滤光片及数字锁相处理算法实现明场环境下的海水吸光度原位探测。实验证明该吸光度传感器具有高精度、小体积、抗环境干扰能力强、功耗低、稳定等优点，传感器精度优于0.000 1 AU。该吸光度传感器可通过设计不同路径长度的吸收池来适应复杂的水域环境，也可在近岸海域搭载船只通过走航式实现连续探测，具有广泛的应用前景。