【摘要】：隨著沿海地區(qū)人口密度持續(xù)增加,以及生產(chǎn)密集程度升高,造成水域環(huán)境容量持續(xù)下降。解決發(fā)展與保護之間的矛盾,勢在必行。沿海增養(yǎng)殖水域是物理、化學、生態(tài)相互作用的場所,水文環(huán)境是其重要組成部分,具有學科交叉特點。探討沿海增養(yǎng)殖水域水動力特性、溶解氧的傳輸機制與特性,是海洋養(yǎng)殖水文環(huán)境科學研究的熱點和難點問題,對海洋環(huán)境動力學理論研究和預(yù)測預(yù)警有重要的現(xiàn)實意義。本文以流體力學基礎(chǔ)理論、湍動擴散理論等為理論基礎(chǔ),以發(fā)展數(shù)學模型和進行數(shù)值模擬為主要手段,開展相關(guān)研究,期間進行了部分實驗研究。主要工作和成果如下:1.對水環(huán)境數(shù)學模型的復(fù)雜性進行哲學層面的思考,從認識論和方法論兩個維度,分析水環(huán)境數(shù)學模型創(chuàng)新的思路和途徑。梳理了沿海增養(yǎng)殖水域水動力和溶解氧傳輸數(shù)學模型的理論基礎(chǔ),包括:流場及物質(zhì)輸運控制方程、湍流模式理論、強化傳質(zhì)的場協(xié)同原理。2.基于“湍渦動量全流場傳輸,而非層間傳遞”假設(shè),以指數(shù)概率密度分布作為流速在垂向剖面重新分布的基本規(guī)律,建立了一種一維湍流時均流速垂向剖面分布數(shù)學模型。引用文獻報道的數(shù)據(jù),將該模型與對數(shù)律模型的計算結(jié)果進行比較;結(jié)果表明:該模型在所做案例的精度中優(yōu)于對數(shù)律模型。以懸浮物湍動擴散系數(shù)為衰減對象,建立了一種SSC垂向剖面分布模型,并與勞斯方程進行比較。在選用的對比案例中該模型的精度優(yōu)于勞斯方程,并且不存在自由液面處濃度始終為0的問題。3.開展的實驗?zāi)M研究中,運用水槽三維搭載平臺定位測點,采用聲學式多普勒流速計測量三維水池環(huán)流流速。采用快速傅立葉變換方法,建立了計算分析時均流速、脈動流速、湍動強度的基本方法,結(jié)果表明方法可行。分析了水池環(huán)流的時均流速分布特點;對流速脈動強度分布進行了探討。4.基于非恒定雷諾方程,有限容積數(shù)值方法,采用動網(wǎng)格方法解決葉輪旋轉(zhuǎn)問題,開展養(yǎng)殖池中水車式增氧機工作時的流場過程特性數(shù)值模擬研究;與現(xiàn)場測量的流速歷時數(shù)據(jù)比較,驗證模型的可靠性。根據(jù)模擬結(jié)果,分析了增氧機布置方式對水動力特性的影響;并對流速的增長、衰減過程進行了計算和分析,得出了流速歷時特性和規(guī)律。本文的數(shù)值模擬方法,為類似水域葉輪式機械驅(qū)動的三維流場的數(shù)值模擬提供了可供借鑒的研究方法。5.在養(yǎng)殖池強制環(huán)流數(shù)值模擬研究的基礎(chǔ)上,進一步采用物質(zhì)輸運的對流擴散模型作為溶解氧輸運模型,數(shù)值模擬了強制環(huán)流的水動力與溶解氧傳輸瞬態(tài)過程。運用場協(xié)同原理對溶解氧傳輸特性開展研究。通過兩種代表性池型(矩形和狹長形),共7中增氧機布置方式,較詳細分析了流場結(jié)構(gòu)與濃度分布均勻性、溶解氧傳輸速率之間的關(guān)系;由此解釋了養(yǎng)殖池溶解氧強化傳輸機制與規(guī)律;提出了增氧機在養(yǎng)殖池中布置的一般原則。本文建立的描述時均流速和懸浮物濃度垂向剖面分布數(shù)學模型,為海洋增養(yǎng)殖水文環(huán)境,特別是養(yǎng)殖水域湍流時均流速和懸浮物垂向剖面分布提供了一種新的思路和應(yīng)用模型。養(yǎng)殖池強制三維環(huán)流的室內(nèi)實驗和數(shù)值模擬研究工作,為環(huán)流集污、養(yǎng)殖生境、養(yǎng)殖機械節(jié)能等方面的研究提供了可供借鑒的方法。水池環(huán)流的溶解氧-湍渦強化傳輸機制與規(guī)律的研究,為增氧機的合理布置提供了一般性原則。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O357.5;S914;P73

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李俊生;;“一帶一路”戰(zhàn)略推動海洋經(jīng)濟發(fā)展的路徑探索[J];產(chǎn)業(yè)與科技論壇;2015年08期

2 譚偉;左軍成;李娟;陳美香;楊逸秋;;層化對東海大陸架潮流垂向結(jié)構(gòu)的影響[J];海洋與湖沼;2015年02期

3 谷堅;門濤;劉興國;丁建樂;顧川川;;基于氧傳質(zhì)的池塘機械增氧節(jié)能技術(shù)[J];農(nóng)業(yè)工程學報;2011年11期

4 谷堅;顧海濤;門濤;劉興國;曹建軍;;幾種機械增氧方式在池塘養(yǎng)殖中的增氧性能比較[J];農(nóng)業(yè)工程學報;2011年01期

5 樊星;魏皓;;近岸典型養(yǎng)殖海區(qū)潮流垂直結(jié)構(gòu)的數(shù)值研究[J];漁業(yè)科學進展;2010年04期

6 樊星;魏皓;原野;趙亮;;近岸典型養(yǎng)殖海區(qū)的潮流垂直結(jié)構(gòu)特征[J];中國海洋大學學報(自然科學版);2009年02期

7 周懷東;廖文根;彭文啟;;水環(huán)境研究的回顧與展望[J];中國水利水電科學研究院學報;2008年03期

8 李冬;胡旭躍;劉斌;;有植被明渠垂向流速分布特性的試驗與研究[J];水道港口;2007年03期

9 李志勤;;紫坪鋪水庫三維水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)[J];西南科技大學學報(自然科學版);2006年02期

10 李開明;劉軍;劉斌;江棟;劉思明;;黑臭河道生物修復(fù)中3種不同增氧方式比較研究[J];生態(tài)環(huán)境;2005年06期

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 王恩辰;海洋牧場建設(shè)及其升級問題研究[D];中國海洋大學;2015年

2 張震;基于海洋牧場建設(shè)的休閑漁業(yè)開發(fā)研究[D];中國海洋大學;2015年

3 趙琪;海域空間層疊利用的用海兼容性研究[D];中國海洋大學;2014年

4 王大海;海水養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展規(guī)模經(jīng)濟及規(guī)模效率研究[D];中國海洋大學;2014年

5 柯麗娜;遼寧省近岸海域環(huán)境問題與承載力分析研究[D];大連理工大學;2013年

6 余東;羅源灣重金屬環(huán)境和沿岸產(chǎn)業(yè)布局相關(guān)性分析及對策研究[D];大連海事大學;2013年

7 翟俊;三峽庫區(qū)紊流擴散模擬和基于GIS的水污染管理系統(tǒng)研究[D];重慶大學;2008年

8 樊星;典型養(yǎng)殖海區(qū)潮動力結(jié)構(gòu)特征的初步研究—觀測與數(shù)值模擬[D];中國海洋大學;2008年

9 李爾;微孔曝氣最優(yōu)氣泡群理論及其在復(fù)氧工程中的應(yīng)用[D];華中科技大學;2007年

10 張宗才;有機污染水體的生物修復(fù)[D];四川大學;2005年

相關(guān)碩士學位論文 前7條

1 夏康;中國沿海地區(qū)陸海統(tǒng)籌發(fā)展水平測度及區(qū)域差異分析[D];遼寧師范大學;2018年

2 劉威;矩形流水對蝦養(yǎng)殖池集污特性及對蝦耐流性研究[D];浙江海洋大學;2018年

3 陳飛;典型蝦池驅(qū)動及集污特性研究[D];浙江海洋大學;2017年

4 吳國棟;南黃海輻射沙洲內(nèi)緣區(qū)水環(huán)境承載力研究[D];南京師范大學;2017年

5 趙樂;管式射流驅(qū)動下的養(yǎng)殖池集污水動力學特性研究[D];浙江海洋大學;2017年

6 曾映雪;水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘底部微孔曝氣增氧的機理試驗[D];華南理工大學;2015年

7 鄧宗成;膠州灣東北部海域水環(huán)境綜合整治規(guī)劃探討[D];中國海洋大學;2008年

，

本文編號：2686088