發(fā)布時(shí)間：2020-07-25 11:20

【摘要】：作為海洋地貌的重要組成部分,海山可對(duì)其附近海水流動(dòng)、生物群落分布、甚至局地氣候變化等均有顯著影響。相比于底部平坦的深海地形,海山地形與海流的相互作用會(huì)使海流發(fā)生一系列的顯著改變。海山誘導(dǎo)周圍分層海水的典型流動(dòng)現(xiàn)象有上升流、渦脫落及內(nèi)波等。深入開展海山對(duì)海洋上升流、繞流及內(nèi)波影響研究,了解上升流、渦脫落及內(nèi)波的演化機(jī)制對(duì)于促進(jìn)海洋生態(tài)學(xué)、軍事海洋學(xué)、海洋聲學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展以及海上交通、海洋生產(chǎn)、海底開發(fā)等具有重大的意義。本文利用三維數(shù)值模擬的方法研究了在均勻和分層來流條件下海山附近的海水流動(dòng),給出了海山對(duì)海水流動(dòng)影響的定量刻畫。主要研究結(jié)果如下:首先,根據(jù)實(shí)際海山的地貌特征,提出了本文研究的海山模型及相應(yīng)的幾何比尺;在考慮數(shù)值精度要求和計(jì)算成本基礎(chǔ)上,測試了相應(yīng)的湍流模型以及網(wǎng)格和時(shí)間步長,構(gòu)建了海山模型分層流數(shù)值計(jì)算方案;通過與經(jīng)典圓柱繞流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比對(duì),確證了本文研究中數(shù)值計(jì)算方案的可靠性。其次,針對(duì)均勻密度來流條件,研究了雷諾數(shù)Re=102-106下圓臺(tái)形海山繞流流動(dòng)。數(shù)值結(jié)果顯示海山繞流流動(dòng)依賴于雷諾數(shù),并進(jìn)一步得到了海山主要水動(dòng)力學(xué)參數(shù)的定量刻畫。最后,針對(duì)線性分層來流條件,研究了圓臺(tái)形海山的繞流流動(dòng)�；谌S數(shù)值模擬結(jié)果,重點(diǎn)觀察了分層流體中海山前后的上升流、分離點(diǎn)、渦脫落以及內(nèi)波對(duì)雷諾數(shù)和弗羅德數(shù)的依賴;進(jìn)一步給出了海山主要水動(dòng)力學(xué)參數(shù)與雷諾數(shù)和弗勞德數(shù)的標(biāo)度律。本文的研究對(duì)象為均勻和線性分層來流條件下海山繞流流動(dòng),并獲得了初步的定量分析結(jié)果。但是,由于計(jì)算資源和時(shí)間的限制,計(jì)算精度還需進(jìn)一步提高,相應(yīng)的深入理論分析和實(shí)驗(yàn)測量也是必不可少的環(huán)節(jié)。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P737
【圖文】：

圖１－２海流（地形）致上升流逡逑Ｆｉｇ．邋１邋－２邋Ｃｕｒｒｅｎｔ邋（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）邋－ｉｎｄｕｃｅｄ邋ｕｐｗｅｌｌｉｎｇ逡逑“地形引起的上升流促進(jìn)了海山的初級(jí)生產(chǎn)力和生物群落的發(fā)展”這一猜最開始是由Ｕｄａ和Ｉｓｈｉｎｏ［１７＾出的。Ｐｅｆｆｌｅｙ和０’Ｂｒｉｅｎ［１８］通過多種地形數(shù)值試驗(yàn)，逡逑發(fā)現(xiàn)地形起伏相比于海岸形狀對(duì)上升流沿岸分布起著更為重要的作用，著重描了地形起伏對(duì)俄勒岡沿岸上升流的貢獻(xiàn)。Ｐｒｅｌｌｅｒ和０’Ｂｒｉｅｎ［１９］在秘魯沿岸觀測到一個(gè)上升流中心也被認(rèn)為是局部海山地形導(dǎo)致的。Ｒｏｄｒｉｇｕｅｓ和Ｌｏｒｅｎｚｚｅｔｔｉ［２Ｑ］利兩層有限元數(shù)值模擬，考察了坡底地形和海岸線形狀對(duì)巴西東南部大陸架沿岸升流的作用。0６１１丨１１［２１］針對(duì)海山、峽谷和陸架三種主要地形對(duì)浮游動(dòng)物、微生物及魚類的聚集效應(yīng)，總結(jié)了洋流驅(qū)動(dòng)下的五種不同機(jī)制，其中上升流機(jī)制引起的養(yǎng)物質(zhì)的上涌對(duì)生物的聚集效應(yīng)有很重要的影響。Ｋｉｍ等［２２］通過數(shù)值實(shí)驗(yàn)對(duì)不排列組合的人工海山進(jìn)行了研究分析，利用柵格定量刻畫了上升流流速、面積和量。逡逑目前國內(nèi)學(xué)者對(duì)上升流的研究主要集中于沿岸上升流。顏廷壯［２３］根據(jù)中國

部基座直徑比值小于0．１［１２］，不便于數(shù)值模擬，適當(dāng)?shù)卦龃罅烁叨扰c底部直徑的比逡逑例，所以取圓臺(tái)底部基座直徑乃為參考長度，頂部平臺(tái)直徑為０．６Ｄ，圓臺(tái)高度為逡逑￡＞，如圖２－１所示。逡逑圖２－１海山模型（左圖［７Ｇ】）逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｇｕｙｏｔ邋（ｔｈｅ邋ｌｅｆｔ邋ｏｎｅ邋［７０］）逡逑２．２邐湍流模型逡逑海山附近的流動(dòng)通常表現(xiàn)出湍流特征，即流動(dòng)多為不規(guī)則且多尺度的復(fù)雜湍逡逑流脈動(dòng)且由復(fù)雜非線性輸運(yùn)特性。數(shù)值模擬湍流需要精細(xì)的數(shù)值方法和相當(dāng)大的逡逑計(jì)算資源。數(shù)值模擬湍流需要精細(xì)的數(shù)值方法和相當(dāng)大的計(jì)算資源。目前，國內(nèi)外逡逑學(xué)者對(duì)許多湍流模型都進(jìn)行了分析研宄，如ＳＳＴｋ－ｏｍｅｇａ模型、大渦模擬、分離渦逡逑模型（ＤＥＳ）等，但是目前都沒有完全適用的模型。逡逑湍流數(shù)值模擬方法可分為直接數(shù)值模擬方法（ＤＮＳ）和非直接數(shù)值模擬方法，逡逑如圖２－２所示。直接數(shù)值模擬方法，顧名思義，即直接求解瞬時(shí)湍流控制方程（Ｎ－逡逑Ｓ方程），然后對(duì)流場進(jìn)行統(tǒng)計(jì)來獲得湍流平均特性，可以獲得湍流場的精確信息，逡逑計(jì)算誤差小

部基座直徑比值小于0．１［１２］，不便于數(shù)值模擬，適當(dāng)?shù)卦龃罅烁叨扰c底部直徑的比逡逑例，所以取圓臺(tái)底部基座直徑乃為參考長度，頂部平臺(tái)直徑為０．６Ｄ，圓臺(tái)高度為逡逑￡＞，如圖２－１所示。逡逑圖２－１海山模型（左圖［７Ｇ】）逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｇｕｙｏｔ邋（ｔｈｅ邋ｌｅｆｔ邋ｏｎｅ邋［７０］）逡逑２．２邐湍流模型逡逑海山附近的流動(dòng)通常表現(xiàn)出湍流特征，即流動(dòng)多為不規(guī)則且多尺度的復(fù)雜湍逡逑流脈動(dòng)且由復(fù)雜非線性輸運(yùn)特性。數(shù)值模擬湍流需要精細(xì)的數(shù)值方法和相當(dāng)大的逡逑計(jì)算資源。數(shù)值模擬湍流需要精細(xì)的數(shù)值方法和相當(dāng)大的計(jì)算資源。目前，國內(nèi)外逡逑學(xué)者對(duì)許多湍流模型都進(jìn)行了分析研宄，如ＳＳＴｋ－ｏｍｅｇａ模型、大渦模擬、分離渦逡逑模型（ＤＥＳ）等，但是目前都沒有完全適用的模型。逡逑湍流數(shù)值模擬方法可分為直接數(shù)值模擬方法（ＤＮＳ）和非直接數(shù)值模擬方法，逡逑如圖２－２所示。直接數(shù)值模擬方法，顧名思義，即直接求解瞬時(shí)湍流控制方程（Ｎ－逡逑Ｓ方程），然后對(duì)流場進(jìn)行統(tǒng)計(jì)來獲得湍流平均特性，可以獲得湍流場的精確信息，逡逑計(jì)算誤差小

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

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