人工鱼礁在波浪作用下的流场效应及其局部冲刷数值模拟

发布时间：2023-03-18 19:21

　　人工鱼礁能起到修复海洋生态环境,养护海洋渔业资源的作用,在近岸海域得到广泛投放。一般情况下,鱼礁投放在较深海域,研究其流场效应时仅考虑潮流作用。但某些以生态修复为目的的人工鱼礁也被投放在较浅海域,距离海岸较近,水深较浅,波浪对人工鱼礁的流场效应会造成较大影响,如天津大神堂海域人工鱼礁建设区就位于水深较浅的渤海湾北部,连续三年对大神堂人工鱼礁区的现场监测发现,放置在海底的人工鱼礁礁体的泥沙沉积有逐年上升的趋势,对人工鱼礁的功能造成了损害。因此对研究波浪作用下人工鱼礁的流场效应及其局部冲刷对鱼礁的设计和运行安全具有重要的意义。本文基于Fluent软件建立了数值波浪水池,经验证后,对波浪作用下人工鱼礁附近的流场进行了数值模拟,提出利用鱼礁前后涡尺度作为衡量流场效应的方法,分析了不同波高、波周期以及不同鱼礁间距条件下人工鱼礁的流场效应。结果表明,波浪对人工鱼礁的流场效应具有明显的影响,当周期不变,波高从0.5m增大到0.9m,鱼礁周围的涡旋尺度增大了103%,涡的尺度L与鱼礁边长l的比值L/l由2.30增长到4.66;而波高不变,周期从3s增大到5s时,鱼礁周围的涡旋尺度增大了130%,L/l...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
Abstract
字母注释表
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 人工鱼礁流场效应的研究进展
    1.3 波浪与人工鱼礁相互作用的研究进展
    1.4 人工鱼礁局部冲刷研究进展
    1.5 本文的主要工作
第二章 数值波浪水池的建立和验证
    2.1 基于Fluent数值波浪水池的建立
        2.1.1 数值波浪水池的控制方程
        2.1.2 边界条件
        2.1.3 网格的划分和数值解法的选取
        2.1.4 VOF方法
        2.1.5 数值造波和消波
    2.2 基于Fluent的数值波浪水池验证
        2.2.1 规则波造波验证
        2.2.2 潜堤地形上波浪传播与变形的数值模拟
    2.3 小结
第三章 波浪作用下人工鱼礁的流场效应
    3.1 计算模型设置
    3.2 波浪作用下人工鱼礁周围的流场特征
    3.3 波高和周期对人工鱼礁流场效应的影响
        3.3.1 波高对人工鱼礁流场效应的影响
        3.3.2 周期对人工鱼礁流场效应的影响
    3.4 鱼礁的摆放间距对人工鱼礁流场效应的影响
    3.5 小结
第四章 基于Flow-3D的数值水池和泥沙冲刷模型的建立和验证
    4.1 基于Flow-3D的数值水池的建立
        4.1.1 控制方程和边界条件
        4.1.2 Flow-3D中流场的数值解法
        4.1.3 Flow-3D的FAVOR技术
    4.2 基于Flow-3D的数值水池的验证
        4.2.1 人工鱼礁流场的实验模型
        4.2.2 计算模型的设置与网格划分
        4.2.3 人工鱼礁流场的验证结果
    4.3 基于Flow-3D的泥沙冲刷模型
        4.3.1 Flow-3D的泥沙模型
        4.3.2 模拟泥沙和水界面的VOF方法
    4.4 Flow-3D的冲刷验证
        4.4.1 冲刷模型的设置
        4.4.2 验证结果
    4.5 小结
第五章 人工鱼礁局部冲刷数值模拟
    5.1 人工鱼礁局部冲刷模型设置
        5.1.1 人工鱼礁的结构
        5.1.2 模型设置
    5.2 人工鱼礁周围的流场分布
    5.3 人工鱼礁的局部冲刷
        5.3.1 不同开孔大小对人工鱼礁局部冲刷的影响
        5.3.2 不同来流速度对人工鱼礁局部冲刷的影响
    5.4 小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢



本文编号：3763720