基于FLOW3D的浊流数值模拟研究
发布时间：2021-04-01 16:01
海底浊流是将陆源泥沙物质输送到深海沉积的重要载体,是沉积物“源到汇”的重要研究对象。由于浊流的随机性和强大破坏性,导致了实际观测资料的匮乏,因此目前对浊流的流动和沉积特性认识还不是很充足,实验室尺度的浊流研究耗时耗资同时又受时空限制,故而运用数值模拟手段进行浊流理论的研究具有重要的科学意义及一定的经济价值。本研究利用CFD（Computational Fluid Dynamics）软件FLOW3D探究了不同粒径、不同坡度、不同入流机制（突然释放型、连续入流型）条件下的浊流在地形上流动特性和沉积特征。不同粒径条件下浊流流动及沉积数值模拟研究结果表明:不同粒径及含量对突然释放型浊流的形态演化和沉积特征具有重要的影响。由于泥沙颗粒的不同沉降速度,混合粒径大小的改变会大大影响浊流的水动力学特性。在沉积方面,随着时间增加,底床沉积物的总质量增多,离浊流释放较近的位置沉积物量堆积最多且随着距离增加沉积物质量逐渐减少,直至全部沉积完毕,沉积物质量不再变化。由于浊流粗细颗粒的含量比例不同,导致最后浊流完全沉积的位置也会有所差异。在浊流释放初期,地形高程会因浊流头部较大流速的夹带作用,将本该沉积于此位置...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1台湾西南海域海底通讯电缆断路位置及光缆断裂图[7](黄色连线代表高屏峡谷和马尼拉海沟的水道，红色五角星代表电缆断开的位置，5个海底滑坡被确认)
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-3-又来到Constance湖进行浊流观测研究，观测结果发现浊流的最大流速达到1.2m/s。日本研究学者Chikita[16]观测到了北海道一个水库里的浊流事件，观测结果表明由于水库的水温随深度增加而减小产生的温度层化现象导致了浊流事件的发生。Khripouno等[17]在水深4000m处的Zaire海底峡谷观测到了一次较大的浊流事件，实测数据记录到了非常高的能量特征，在距离海床150m处仪器观测到的平均流速超过1.21m/s，并且在距离海床40m处的位置收集到了大量粗颗粒泥沙和植物碎屑物。美国地质调查局(USGS)Xu[18]等在Monterey海底峡谷布放了三个站位的潜标，并且在潜标上使用了倒挂式的ADCP(acousticDopplercurrentprofiler)进行数据采样，结果最终观测到了四次浊流事件，这是有史以来首次使用仪器捕获到了较高精度的浊流流速剖面数据，为浊流的无量纲参数化深入研究、动力学性质和沉积特性分析提供了十分宝贵的第一手实测资料，也为浊流数值模型的研究和发展提供了权威的观测数据资料。为今后浊流实际的观测研究开辟了一条崭新的道路，同样的观测方法用在其他的几个海底峡谷也取得了较好研究成果。图1-2蒙特利峡谷地图[18]，三个锚系R1、R2、R3分别部署在820m、1020m和1045m水深用于观测浊流事件Xu[19]等2002年在蒙特雷峡谷观测到两次浊流事件，重点关注这些浊流体内收集到的独特悬浮物数据。研究结果表明，悬浮物的浓度和粒度主要由重力流的来源及其与底床物质的相互作用控制，在塑造沿峡谷下游流动浊流的特征方面起着重
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-5-底峡谷(西澎湖峡谷)进行详细的地貌调查，沿着峡谷观察到23处冲刷的痕迹，他们将冲刷作用被解释为与流经西澎湖峡谷的浊流的净侵蚀旋回作用有关，此外，由于科氏力影响了浊流的流向，导致了西澎湖峡谷西南侧冲刷优先发育，切口深度较大。研究结果有助于更好地了解浊流与海底峡谷地貌之间的联系以及世界各地海底峡谷冲刷的起源。1.2.2水槽实验由于自然界发生的浊流具有区域性和随机性还伴随着强大的破坏力，因此到目前为止关于浊流的直接观测数据仍是寥寥无几[25]，对浊流的进一步深入研究增加了许多困难和挑战，因此许多学者开展了一系列关于浊流水槽实验的研究，针对其流速、浓度、粒径、动力学和沉积特性等方面进行了集中研究。Felix等[26]进行了三组不同的浊流实验并在距底床不同高度处同时测量浊流流速和浓度。描述了相同测量高度下浊流速度和浓度变化的相似性。结果表明浊流流速和浓度变化的相似性取决于其浓度和流动位置。Sequeiros等[27]在15m的水槽中进行了浊流的自加速实验，结果显示在浊流头部演化的不同阶段对流速和悬浮物的测量，记录了这种自加速现象。此外这些测量结果与以前关于浊流头部厚度、浓度、流速和水深经验研究结果一致。图1-3浊流自加速实验中浊流形态随时间演化图[27]，a、b、c、d、e、f分别代表浊流释放后10s、30s、50s、70s、90s、110s时刻的演化形态
本文编号：3113605
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1台湾西南海域海底通讯电缆断路位置及光缆断裂图[7](黄色连线代表高屏峡谷和马尼拉海沟的水道，红色五角星代表电缆断开的位置，5个海底滑坡被确认)
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-3-又来到Constance湖进行浊流观测研究，观测结果发现浊流的最大流速达到1.2m/s。日本研究学者Chikita[16]观测到了北海道一个水库里的浊流事件，观测结果表明由于水库的水温随深度增加而减小产生的温度层化现象导致了浊流事件的发生。Khripouno等[17]在水深4000m处的Zaire海底峡谷观测到了一次较大的浊流事件，实测数据记录到了非常高的能量特征，在距离海床150m处仪器观测到的平均流速超过1.21m/s，并且在距离海床40m处的位置收集到了大量粗颗粒泥沙和植物碎屑物。美国地质调查局(USGS)Xu[18]等在Monterey海底峡谷布放了三个站位的潜标，并且在潜标上使用了倒挂式的ADCP(acousticDopplercurrentprofiler)进行数据采样，结果最终观测到了四次浊流事件，这是有史以来首次使用仪器捕获到了较高精度的浊流流速剖面数据，为浊流的无量纲参数化深入研究、动力学性质和沉积特性分析提供了十分宝贵的第一手实测资料，也为浊流数值模型的研究和发展提供了权威的观测数据资料。为今后浊流实际的观测研究开辟了一条崭新的道路，同样的观测方法用在其他的几个海底峡谷也取得了较好研究成果。图1-2蒙特利峡谷地图[18]，三个锚系R1、R2、R3分别部署在820m、1020m和1045m水深用于观测浊流事件Xu[19]等2002年在蒙特雷峡谷观测到两次浊流事件，重点关注这些浊流体内收集到的独特悬浮物数据。研究结果表明，悬浮物的浓度和粒度主要由重力流的来源及其与底床物质的相互作用控制，在塑造沿峡谷下游流动浊流的特征方面起着重
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-5-底峡谷(西澎湖峡谷)进行详细的地貌调查，沿着峡谷观察到23处冲刷的痕迹，他们将冲刷作用被解释为与流经西澎湖峡谷的浊流的净侵蚀旋回作用有关，此外，由于科氏力影响了浊流的流向，导致了西澎湖峡谷西南侧冲刷优先发育，切口深度较大。研究结果有助于更好地了解浊流与海底峡谷地貌之间的联系以及世界各地海底峡谷冲刷的起源。1.2.2水槽实验由于自然界发生的浊流具有区域性和随机性还伴随着强大的破坏力，因此到目前为止关于浊流的直接观测数据仍是寥寥无几[25]，对浊流的进一步深入研究增加了许多困难和挑战，因此许多学者开展了一系列关于浊流水槽实验的研究，针对其流速、浓度、粒径、动力学和沉积特性等方面进行了集中研究。Felix等[26]进行了三组不同的浊流实验并在距底床不同高度处同时测量浊流流速和浓度。描述了相同测量高度下浊流速度和浓度变化的相似性。结果表明浊流流速和浓度变化的相似性取决于其浓度和流动位置。Sequeiros等[27]在15m的水槽中进行了浊流的自加速实验，结果显示在浊流头部演化的不同阶段对流速和悬浮物的测量，记录了这种自加速现象。此外这些测量结果与以前关于浊流头部厚度、浓度、流速和水深经验研究结果一致。图1-3浊流自加速实验中浊流形态随时间演化图[27]，a、b、c、d、e、f分别代表浊流释放后10s、30s、50s、70s、90s、110s时刻的演化形态
本文编号：3113605
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