太湖风生波、流作用下的漂流浮标运动情况数值模拟

【作者】 王勇； 王华； 纪伟； 沙海飞； 周杰； 阮仕平； 徐世凯；

【机构】 南京水利科学研究院； 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室； 长江下游水文水资源勘测局； 徐州市水利建筑设计研究院；

【摘要】 随着太湖流域经济的迅速发展,太湖水环境问题日益突出,太湖的治理问题一直广受关注。利用漂流浮标及其所搭载的传感仪器设备进行相应的太湖观测、研究工作正得到越来越多的重视。太湖的水动力环境、太湖中漂流浮标的运动情况以及如何选择合适的漂流浮标是大家较为关注的议题。对于太湖而言,风的作用是湖流的主要驱动力之一。风生波浪、风生流是太湖中一切物理因子变化的基本动力条件,也是引起太湖水动力环境变化的最重要营造力。风生波浪和风生流的形成、发展、运动形式直接关系到太湖中漂流浮标的运动情况。本文在对太湖风生波浪和风生流研究的基础上,建立了太湖中漂流浮标运动的数学模型,运用固体-流体相互耦合作用的机理、计算方法,对太湖风生波浪、风生流作用下漂流浮标运动情况进行了数值模拟。在不同的太湖风生波浪和风生流情况下,研究了太湖风生流流速分布、风生波浪变化情况、漂流浮标表面动水压力及运动情况,分析了漂流浮标淹没深度以及重心位置对其稳定性的影响,对比了漂流浮标不同几何尺寸与其随流性和稳定性之间的相关性,优化了漂流浮标的设计参数。通过对太湖风生波浪和风生流作用下漂流浮标运动情况的数值模拟,既可以优化固体-流体相互耦合作用的机理、计算方法与工程应用,又可以为今后进一步深入研究太湖提供基础数据,为制定科学合理的太湖治理措施提供科技支撑。更多还原