海上溢油动态数值模拟的研究

发布时间：2022-02-21 09:05

　　本文结合交通部重点科研课题——海上溢油应急反应专家系统，对溢油应急反应的潮流数值模型和油粒子模型进行了系统的研究。合理有效的三维海流模式是溢油环境预测的根本保证。文中我们采用垂向的σ坐标变换，在垂向各分层的计算中，提出了一种无网格的九点差分格式，该格式对于潮流模拟有足够的精度，易于拟合不规则边界，我们在算例验证后以渤海M₂分潮为例对潮流场进行了数值模拟，证实该格式简单易行，计算速度快，符合溢油应急反应所要求的准确与快速。为合理模拟溢油的行为动态，本文选用了近年来得到广泛应用的“油粒子”模式，在潮流数值计算的基础上模拟了海上溢油动态。将海上溢油油膜离散为大量油粒子，每个油粒子代表一定油量，在表层海流和风的作用下漂移，而油膜的扩展则通过油粒子的随机走动来实现。所得结果合理可靠，表明本文提出的数值格式，计算程序是有效的，待进一步完善后可应用于实际预测。 

【文章来源】：大连海事大学辽宁省211工程院校

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
第一章 绪论
    1.1 日益突出的海上溢油问题
    1.2 海上溢油的行为归宿
        1.2.1 动力学过程
        1.2.2 非动力学过程
    1.3 海上溢油动态研究进展及本文所做的工作
        1.3.1 海上溢油应急反应的计算机决策支持系统
        1.3.2 海上溢油动态研究进展
        1.3.3 海上溢油动态预测的数值模型
        1.3.4 本文所做工作简介
第二章 潮流场的数值模拟
    2.1 海洋潮流基本理论及海水运动方程
        2.1.1 海洋潮汐理论
        2.1.2 海洋流体动力学基本方程
    2.2 海洋潮流数值模拟研究发展
        2.2.1 二维潮流数值模拟
        2.2.2 三维潮流数值模拟
        2.2.3 潮流数值模拟的发展趋势
    2.3 无网格九点差分格式的计算方法
        2.3.1 差分格式的推导
        2.3.2 三维潮流控制方程的σ坐标变换
        2.3.3 方程的离散化
        2.3.4 岸边界条件的处理
        2.3.5 二维潮流控制方程的离散方法
    2.4 两个理想条件下的验证算例
        2.4.1 一个特殊区域的二维对流扩散方程
        2.4.2 扇形海湾的三维潮流控制方程
    2.5 渤海潮流场的数值模拟
        2.5.1 渤海自然状况
        2.5.2 二维潮流数值模拟
        2.5.3 三维潮流数值模拟
第三章 油粒子模型的研究与实现
    3.1 其他环境动力因素
        3.1.1 海面风场及风海流的计算
        3.1.2 风海流
        3.1.3 波浪和波生流
    3.2 油粒子模型
        3.2.1 油粒子的概念
        3.2.2 溢油运动的模拟算法
        3.2.3 溢油性质变化的模拟算法
        3.2.4 油粒子模型的程序结构
    3.3 油粒子模型的实现
第四章 总结与展望
致谢
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
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[3]海岸三维潮流数学模型的研究及应用[J]. 白玉川.  海洋学报(中文版). 1998(06)
[4]分步分层拟三维水流数学模型及其在廉州湾潮流计算中的应用[J]. 白玉川,于天一.  海洋学报(中文版). 1998(05)
[5]斜压海洋动力学的一种三维数值模式　Ⅰ.动力学方程数值格式[J]. 方国洪,于克俊.  海洋与湖沼. 1998(03)
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[8]北部湾三维潮流数值模拟[J]. 夏华永,殷忠斌,郭芝兰,陈明剑.  海洋学报(中文版). 1997(02)
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本文编号：3636938