《實尺度內孤立波近岸動力過程大渦模擬研究》是依託河海大學，由朱海擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：實尺度內孤立波近岸動力過程大渦模擬研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：朱海
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
內孤立波是天然分層水體中常見的水動力現象。內孤立波在陸架、湖泊沿岸帶等近岸水域的破碎能夠引起層結水體的強烈垂向混合，從而改變溫度場、營養鹽和浮游植物的分布,對水環境產生影響；內孤立波在破碎時產生較強的剪下流，對沿岸水利工程的安全穩定性也會產生影響。因此對真實尺度內孤立波近岸動力特性，特別是對內孤立波的破碎機理展開深入研究對近岸帶水環境和工程災害預測具有重要的理論意義和套用價值。本項目採用大渦模擬技術建立實尺度內孤立波三維數值模型，採用MPI並行計算技術加速計算效率，利用浸入邊界法處理底部複雜地形邊界，對實尺度內孤立波的近岸動力過程展開數值模擬研究。本項目可揭示實尺度內孤立波近岸區域的演變規律，獲取相關破碎機理；構建實尺度內孤立波近岸破碎的一般性理論；對內波破碎所致環境效應和工程影響進行模擬預測。研究成果可為近海環境流體模型提供理論參考，也可為近岸帶工程設計和水環境保護提供實用的理論依據。
結題摘要
內孤立波是天然分層水體中常見的水動力現象。內孤立波在陸架、湖泊沿岸帶等近岸水域的破碎能夠引起層結水體的強烈垂向混合，從而改變溫度場、營養鹽和浮游植物的分布,對水環境產生影響；內孤立波在破碎時產生較強的剪下流，對沿岸水利工程的安全穩定性也會產生影響。因此對真實尺度內孤立波近岸動力特性，特別是對內孤立波的破碎機理展開深入研究對近岸帶水環境和工程災害預測具有重要的理論意義和套用價值。本項目採用基於MPI並行計算的大渦模擬技術建立實尺度內孤立波三維數值模型，利用浸入邊界法處理底部複雜地形邊界，開展了內孤立波的近岸動力特性數值模擬研究。通過改變雷諾數的變化範圍研究了從實驗室尺度到湖泊、淺海尺度的內孤立波的近岸動力過程，重點研究了不同尺度下凹型及上凸型非線性內孤立波淺水演變及破碎混合特性，獲得了內孤立波在斜坡地形上的演變規律、破碎形態、能量轉化特性、雷諾數效應、三維效應等重要特徵，最終提出了內孤立波的破碎準則、破碎位置、特徵流速、能量轉化規律。研究成果表明，下凹型內孤立波在近岸斜坡地形上的破碎類型分為坍塌型、卷躍型和涌浪型破碎，以及坍塌-卷躍型、卷躍-涌浪型兩種混合型破碎方式，破碎方式與Iribarren數密切相關；對於上凸型內孤立波，當Iribarren數小於0.65時，在內波爬坡過程中主要混合發生在沿斜坡向上傳播的大尺度紊動核心（turbulent bolus）中，內孤立波的波形仍然保持穩定與完整，未觀測到破碎現象；在高雷諾數條件下下凹型內波坍塌型破碎可轉化為卷躍型破碎，也會顯著增加上凸型內波與斜坡地形相互作用過程中的波致流速並減小總的波能損失；雷諾數較高時，波致流場由二維向三維轉捩的過程更加迅速。本研究揭示了實尺度內孤立波近岸區域的演變規律，獲取相關破碎機理；構建實尺度內孤立波近岸破碎的一般性理論；研究成果可為近海環境流體模型提供理論參考，也可為近岸帶工程設計和水環境保護提供實用的理論依據。
