渔业水域环境改善的流场数值模拟

摘要

本文在国内外现有研究成果的基础上，主要从流场的角度，应用数值计算方法，对近海渔业水域的鱼礁流场的分布和内湾、湖泊等内陆渔业水域的水面冷却对流的发生演变过程进行模拟。共分为两部分。 第一部分：从理论上定量探讨铅直二维定常流海域中人工鱼礁单体规模与其形成上升流、背涡流规模间的关系。1)依据连云港、嵊泗人工鱼礁海域的调查结果给出流速、鱼礁高度、水深的特征值，并将鱼礁海域简化为二维定常流域。2)调试程序使其收敛并用水槽实验数据验证模型的有效性和可信度。结果表明，二维模型计算结果具有较好的可信度，用来研究鱼礁流场是可行的。3)应用数值计算方法模拟不同礁高、来流速度时的鱼礁流场，从理论上探讨鱼礁单体规模、流速状态与产生的上升流及背涡流规模间的定量关系，最终目的为寻找深20m定常流海域的最佳投礁规模。结果表明，礁高水深比0.1时流场效应最佳。4)模拟常用的十字型透水礁流场，并将其与相应高度的实心鱼礁流场作比较。结果显示，透水性鱼礁流场的流态丰富、分布复杂；同高的透水礁产生的上升流规模较实心礁小，但其单位礁体效应大于实心礁。由此可知，相互远离孤立的鱼礁的上升流效应不及相互错落分布、流场交互影响的鱼礁布局好。 第二部分：从物理学角度，研究渔业水域在冷空气来袭产生表底层温差的情况下，因水体密度上大下小产生对流的发生、发展和消亡过程的流场变化。主要研究接近实际湖泊底部形状的圆弧形底湖泊。通过数值模拟湖泊水面冷却对流的过程以及对流规模的变化。结果说明，对流涡的初次形成时间及其尺度受湖泊表底温差、湖泊纵深比的影响，而且对流涡的影响会由局部发展最终控制整个水体。因而能够使上下水体得到充分交换，达到水质改善的效果。

目录

文摘

英文文摘

第一部分铅直二维定常流域中人工鱼礁流场效应的数值模拟

第一章绪论

1.1问题的提出

1.2国内外研究现状

1.3人工鱼礁的功能

1.4本研究的内容和意义

第二章数值模型及计算方法

2.1模型对象海域的简化

2.2基本控制方程

2.3基本方程的数值计算

2.4基本方程的离散

2.5初始条件和边界条件

第三章数学模型的验证

3.1水槽实验

3.2模型验证

第四章数学模型计算结果分析与讨论

4.1流场概况

4.2鱼礁高度对上升流的影响

4.3鱼礁高度对背涡流的影响

4.4雷诺数Re与鱼礁流场效应的关系

第五章透水性鱼礁流场模拟

5.1流场概况

5.2上升流

5.3背涡流

附：基本概念

总结与展望

第二部分渔业水域中湖泊水面冷却对流的数值实验

第一章绪论

第二章渔业水域中湖泊水面冷却对流的数值实验

2.1数学模型

2.2数值算法

第三章数值结果与讨论

总结与展望

参考文献

致谢