圆台形海山引起的上升流及绕流的机理性研究

论文摘要

作为海洋地貌的重要组成部分,海山可对其附近海水流动、生物群落分布、甚至局地气候变化等均有显著影响。相比于底部平坦的深海地形,海山地形与海流的相互作用会使海流发生一系列的显著改变。海山诱导周围分层海水的典型流动现象有上升流、涡脱落及内波等。深入开展海山对海洋上升流、绕流及内波影响研究,了解上升流、涡脱落及内波的演化机制对于促进海洋生态学、军事海洋学、海洋声学等相关学科的发展以及海上交通、海洋生产、海底开发等具有重大的意义。本文利用三维数值模拟的方法研究了在均匀和分层来流条件下海山附近的海水流动,给出了海山对海水流动影响的定量刻画。主要研究结果如下:首先,根据实际海山的地貌特征,提出了本文研究的海山模型及相应的几何比尺;在考虑数值精度要求和计算成本基础上,测试了相应的湍流模型以及网格和时间步长,构建了海山模型分层流数值计算方案;通过与经典圆柱绕流实验数据的比对,确证了本文研究中数值计算方案的可靠性。其次,针对均匀密度来流条件,研究了雷诺数Re=102-106下圆台形海山绕流流动。数值结果显示海山绕流流动依赖于雷诺数,并进一步得到了海山主要水动力学参数的定量刻画。最后,针对线性分层来流条件,研究了圆台形海山的绕流流动。基于三维数值模拟结果,重点观察了分层流体中海山前后的上升流、分离点、涡脱落以及内波对雷诺数和弗罗德数的依赖;进一步给出了海山主要水动力学参数与雷诺数和弗劳德数的标度律。本文的研究对象为均匀和线性分层来流条件下海山绕流流动,并获得了初步的定量分析结果。但是,由于计算资源和时间的限制,计算精度还需进一步提高,相应的深入理论分析和实验测量也是必不可少的环节。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 海山
•     1.2.2 上升流
•     1.2.3 绕流
•     1.2.4 内波
•   1.3 本章小结
• 2 数值方法与理论
•   2.1 海山描述
•   2.2 湍流模型
•     2.2.1 湍流脉动的过滤
•     2.2.2 控制方程
•     2.2.3 亚格子模型
•   2.3 初始条件和边界条件
•   2.4 控制方程的离散求解
•     2.4.1 有限体积法
•     2.4.2 空间离散
•     2.4.3 时间离散
•     2.4.4 离散方程求解
•   2.5 本章小结
• 3 网格和时间步长测试
•   3.1 计算域选取和网格划分
•   3.2 网格和时间步长测试
•     3.2.1 计算参数
•     3.2.2 网格测试分析
•     3.2.3 时间步长分析
•   3.3 与实验对比
•   3.6 本章小结
• 4 均匀来流条件下的圆台形海山绕流模拟
•   4.1 上升流
•     4.1.1 上升流分离点高度
•     4.1.2 上升流流量
•   4.2 背涡流
•   4.3 本章小结
• 5 线性分层来流条件下的圆台形海山绕流模拟
• 3圆台形海山绕流数值模拟结果'>  5.1 Re=10³圆台形海山绕流数值模拟结果
•     5.1.1 上升流
•     5.1.2 水平绕流
•     5.1.3 重力内波
•   5.2 Fr=1.0圆台形海山绕流的数值模拟结果
•     5.2.1 上升流
•     5.2.2 水平绕流
•     5.2.3 重力内波
•   5.3 本章小结
• 6 结论
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘念

导师: 徐丰

关键词: 海山,上升流,涡脱落,内波,雷诺数,弗劳德数,大涡模拟

来源: 北京交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学,海洋学

单位: 北京交通大学

分类号: P737

DOI: 10.26944/d.cnki.gbfju.2019.001604

总页数: 85

文件大小: 8268K

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