《海底濁流的流動及其沉積機理的大渦模擬研究》是依託安徽工業大學，由黃河清擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：海底濁流的流動及其沉積機理的大渦模擬研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：黃河清
- 依託單位：安徽工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
通過對不經雷諾平均的納維爾-斯托克斯方程進行恰當尺度的過濾以直接模擬海底濁流中的多數含能渦，而對過濾尺度以下的湍流進行套用浮力修正的動力模型的大渦模擬以實現採用雷諾平均模型所不能做到的對非均衡非定常的複雜海底濁流的精確數值模擬；按從易到難的步驟進行對開閘釋放型濁流、斜坡上連續入流濁流、三維梯形正旋彎曲渠道及實際海底地形下的濁流及其沉積的大渦模擬計算及實驗觀察的對比探索研究，重點在於探索濁流的微觀流動狀態如底床的猝發、掃流等在海底濁流形成的巨觀地貌的作用及機理。研究成果可期在促進我們理解各種濁流及其相關地貌的形成及演化機理的同時，也能為海底油氣勘探提供對有關儲層的粒徑分布、孔隙度及滲透性等做出有價值的預測工具。
結題摘要
本項目通過數值模擬系統研究了坡度對濁流的流動及其沉積的控制作用。研究確認LES在妥善處理好渦粘度上限及時間和距離步長的前提下、套用亞格子動力Smagorinsky模型和WALE模型可以模擬水下重力流。通過系統的數值模擬研究水下重力流在0~15度各種不同坡度及坡折處的的流動與沉積，取得了如下重要發現： 1. 坡度對水下重力流的流動起著主導的控制作用。重力流對環境流體的卷吸係數E和坡度S存在E=0.1449S+0.0020的線性關係；整體理察森數Ri和坡度S有Ri=0.0797S^(-0.5218)冪函式關係。它們在實驗室及野外尺度下均適用，且廣範圍的不同入流的Ri在0.05到1.31之間變化時，E及Ri的相對偏差分別僅為6.5%和12%。 說明這些關係是穩定的，且E 比Ri更穩定地是坡度的函式，可供我們比傳統的E-Ri關係更快速、準確地估算水下重力流的的夾帶係數。 2. 坡度控制著具連續入流的海底濁流的沉積構造的形成。按坡折由小到大的順序，多次濁流事件分別產生三種特徵明顯不同的沉積構造，分別為 （i）小坡度時的表面上凹、垂向均勻、沿下遊方向的沉積厚度及粒徑漸漸減小的沉積構造；（ii）中等坡度（2～3°）時，形成向上游遷移的循環台階構造；（iii）在循環台階形成的坡度及更大的坡折處形成一向上游遷移的具內部鮑瑪沉積序列的較大隆起，這可能是部分被動大陸邊緣的大陸隆的成因。 3. 揭示了循環台階的形成條件及其在初始平滑渠道上的形成機理。其形成條件為：濁流中沉積物分選差及一個偏小適中的底坡。形成機理為：（i）推移質搬運在靠近入口處及靠近坡折2個不同地點產生波動；（ii）較粗的沉積物沉積在推移質搬運所形成的波狀地形的波谷內，形成一種粗、細顆粒間隔排列初期波狀地形；（iii）進一步由差異沉積形成向上游遷移的循環台階。循環台階是一種在海底、河流乃至山間小溪普遍觀察到一種地形，本發現對於我們根據對現代地形或露頭的觀察準確地推測古水流乃至古環境，同時也可以幫助我們根據現代水流流動的狀況，預測地形的演變。在海洋地質學、地形學、地層學及海底油氣的勘探開發方面都會發揮重要的作用。
