水下火炮燃气后效流场特性研究

目的 研究水下火炮发射过程中炮口燃气后效及其对高速射弹超空化流场的影响。方法 基于CFD软件FLUENT,运用UDF和动网格技术,考虑空化效应,建立水下火炮发射炮口燃气后效多相流数值计算模型。针对1 m水深条件下水下火炮发射炮口后效期运动过程进行数值模拟,获得了炮口气泡发展特性、压力脉动规律,分析炮口气泡对高速射弹空泡发展的影响。结果 炮口气泡经历了膨胀、收缩、拉断等发展历程,在发展初期能够加速射弹运动。射流中心处的压力特性最为复杂,随着远离射流中心,脉动幅值减小。高速射弹入水初期迅速形成超空泡,随后燃气泡与空泡发展融合,高压燃气进入形成的气\汽混合空腔,抑制了空化的发展,运动5倍弹长后,形成闭合空泡。对比火炮水下发射实验验证了仿真模型的准确性,空泡结果与实验一致性较好。结论 水下发射炮口流场复杂,影响高速射弹空泡的发展,同时还会使得火炮平台承受高载荷冲击的威胁,需要采取炮口降载措施。     

埕岛油田海底输油管线悬空治理技术措施

根据目前埕岛油田海底管线出现悬空的实际情况,对海管悬空形成机理进行了分析,并对海管悬空治理的不同方案进行了综合评价,重点介绍了水下桩治理方案的制定和实施.     

试验海区自然环境数据库系统初步设计

基于获取的试验海区自然环境数据的特点,选取合适的开发工具对试验海区自然环境数据库的框架结构进行设计和建设,并在此基础上进行了数据库在水下装备仿真计算方面的应用开发研究。该数据库对于剥离海洋环境背景条件下的目标特性研究工作具有现实意义。     

极端海况下AUV水环境模拟及定位控制研究

目的优化PID控制器,实现AUV在极端海况下的定位控制。方法本文基于Blendermann风载荷系数计算公式与ITTC双参数波浪谱及漂移力计算公式,在Matlab中建立极端海况风浪模型,对极端海况进行环境模拟;利用Simulink平台搭建基于PID控制器的AUV动力定位控制系统,优化PID控制器参数,对AUV进行定位控制研究。结果在该控制作用下,AUV仍由定位原点顺利抵达目标位置,在PID控制器作用下,系统约100s后达到目标位置状态附近进行微调,整体超调量约8%,在严峻的风浪环境中展现出理想的控制性能。结论本研究成功模拟了AUV的极端工作环境,并搭建了动力定位仿真台架,基于优化后的PID控制器实现了AUV在极端海况下的定位控制,为自主潜航器在恶劣环境中的作业能力保障及控制器设计研究提供了参考。     

水下爆炸空化研究进展

从理论研究、实验研究和数值模拟3个方面对水下爆炸局部空化和片空化的研究进展进行了综述,总结了理论及数值方面的研究进展,介绍了新的实验技术在水下爆炸空化研究中的应用。     

Biofluorescence as a survey tool for cryptic marine species

As ecosystems come under increasing anthropogenic pressure, rare species face the highest risk of extinction. Paradoxically, data necessary to evaluate the conservation status of rare species are often lacking because of the challenges of detecting species with low abundance. One group of fishes subject to this undersampling bias are those with cryptic body patterns. Twenty‐one percent of cryptic fish species assessed for their extinction risk (International Union for Conservation of Nature [IUCN]) are data deficient. We developed a nondestructive method for surveying cryptically patterned marine fishes based on the presence of biofluorescence (underwater biofluorescence census, UBC). Blue LED torches were used to investigate how widespread biofluorescence was in cryptic reef fishes in the Coral Triangle region. The effectiveness of UBC to generate abundance data was tested on a data‐deficient pygmy seahorse species (Hippocampus bargibanti) and compared with data obtained from standard underwater visual census (UVC) surveys. We recorded 95 reef fish species displaying biofluorescence, 73 of which had not been previously described as biofluorescent. Of those fish with cryptic patterns, 87% were biofluorescent compared with 9% for noncryptic fishes. The probability of species displaying biofluorescence was 70.9 times greater for cryptic species than for noncryptic species. Almost twice the number of H. bargibanti was counted using the UBC compared with UVC. For 2 triplefin species (Ucla xenogrammus, Enneapterygius tutuilae), the abundance detected with UBC was triple that detected with UVC. The UBC method was effective at finding cryptic species that would otherwise be difficult to detect and thus will reduce interobserver variability inherent to UVC surveys. Biofluorescence is ubiquitous in cryptic fishes, making this method applicable across a wide range of species. Data collected using UBC could be used with multiple IUCN criteria to assess the extinction risk of cryptic species. Adopting this technique will enhance researchers’ ability to survey cryptic species and facilitate management and conservation of cryptic marine species.     

大型水体下顶水安全开采的可行性研究

在大型水体下顶水采煤,一方面要确保煤矿井下安全生产,同时要保护地表水资源不被破坏。基于峰峰矿区小屯矿的地质采矿条件,在分析与评价上覆岩层结构的基础上,选取水体下11个计算特征点,探讨上覆岩层破坏高度、防水安全煤岩柱及安全煤岩柱最小富余尺寸,绘制各类等值线图。采用概率积分法,从下沉、倾斜、水平变形和裂缝深度等方面,研究分析顶水开采后水体底部所受的采动影响。结果表明,在特定的地质采矿条件下,各工作面开采以后,上覆岩层中导水裂隙带发育的最大标高与基岩顶部之间具有较厚的岩柱,导水裂隙带不会波及到地表水体,水体底部的地表移动变形较小,不会影响到矿井安全生产,在大型水体下顶水采煤是安全可行的。     

基于改进粒子滤波算法的水下地形辅助导航方法

目的 解决当前的粒子滤波算法用于水下航行器(AUV)基于极地区域的低分辨率海图时导航精度较低的问题。方法 提出了一种带有自抖动及修正的粒子滤波方法(SJCPF),在状态转移过程中引入粒子抖动,每次粒子位置更新时,引入额外的过程噪声,使得传统算法中过度集中的粒子适当向周围发散,改善算法本身及海图分辨率低带来的粒子多样性匮乏。在重采样步骤中,引入相关系数用于修正权值,进一步增加粒子多样性及算法的鲁棒性。结果 对传统PF及SJCPF进行仿真,相较于传统PF算法,SJCPF的导航均方根误差降低了27.7%,导航精度及鲁棒性都有显著的提升。结论 SJCPF的导航性能优于传统PF,选用皮尔逊相关系数,并在适当范围内选择较大的粒子数量和较高的测量频率,可以兼顾AUV的续航与导航精度。     

潜水式生态介质箱的优化设计及其修复黑臭水体的效果比较研究

第一代潜水式生态介质箱(装置组)能修复深层黑臭水体,但其对下层水体溶解氧的增加能力有限。本文在现有第一代生态介质箱的基础上增设水下深层化学增氧器并更换环境矿物基质,视为第二代生态介质箱(联合组),分别以未经任何处理的水样(空白组)、将沉水植物种植在底泥上(苦草组)作为对照,比较了联合组、装置组、苦草组修复黑臭水体的效果,及其对苦草生长生理的影响。结果表明,装置组和联合组的各项水质指标远优于空白组和苦草组,联合组的DO含量略低于装置组,两组的CODMn去除率无明显差异,而联合组的TN、NH4+-N和TP的去除效果均优于装置组,说明装置组内更换的环境矿物材料和深层化学增氧器有利于水体的净化;此外,以苦草组里的苦草长势最佳,但装置组、联合组、苦草组里的苦草均无叶片发黄和死亡现象发生,其中联合组中苦草的叶绿素a+b和丙二醛(MDA)含量略高于装置组中的,而质膜透性则无明显差异,说明矿物基质和增氧器的更换对苦草的生长影响不大。综上所述,尽管联合组和装置组中的矿物基质对苦草有胁迫作用,但不影响苦草的正常生长,反而有利于水体修复效果的提升,且联合组克服了装置组能耗高、扰动大、水体深层增氧效果差等缺点。以上研究结果可为潜水式生态介质箱的优化及黑臭水体的深层修复等提供技术支持。     

深水环境试验技术综述

系统总结了深水环境模拟试验装备的发展历程以及国内外发展状况,介绍了深水环境模拟的2个关键技术——压力和温度环境模拟技术、测试技术与结构状态评估方法.对深水环境模拟试验技术的工程应用进行了归纳和总结,对深水环境模拟试验技术的改进方向和发展趋势进行了展望.