波浪破碎作用下气泡演化机理与输运规律研究
批准号:
51509023
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
21.0 万元
负责人:
邓斌
依托单位:
学科分类:
海岸工程与海洋工程
结题年份:
2018
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
曹永港、杨树清、陈杰、姚宇、伍志元、刘易庄、刘晓建
中文摘要
波浪破碎引起水流强烈的紊动和翻滚,卷入大量空气形成气泡,气泡的演化和输运过程影响着破碎带泥沙输运、污染物迁移运动。研究波浪破碎作用下气泡运动和动力特性非常必要,并具有重要的理论意义和应用价值。通过先进量测技术开展波浪水槽实验,结合理论分析,研究波浪破碎区内气泡的产生演变及输运过程,探讨气泡与紊动特性之间的相互作用机制,揭示气泡与物质输移及能量耗散之间内在规律。在此基础上,开发三维并行化的双流体数值模型,进一步深入研究波浪破碎区水流和不同组级粒径气泡输运特性,为海岸工程建设和学科发展服务。
英文摘要
Breaking waves cause strong flow turbulence and curling, entraining substantial air into water to form air bubbles. Consequently, the sediment and pollutant transports in the surf zone are affected by evolution and transport of the bubbles. Study of the kinetic and kinematic characteristics of air bubbles has great importance both in its theory and application. Combining theoretical analysis and wave flume experiments with advanced measurement technology, this project first investigates the processes of air bubble production, evolution and transport, it then discusses the interaction between air bubbles and turbulence characteristics, it finally reveals the relationship between air bubbles and mass transport or energy dissipation. Based on above studies, a three-dimensional two phase fluid numerical model is further developed. The model is parallelized to study transport characteristics of air bubbles with different size gradation in the surf zone. The results are expected to serve for coastal engineering constructions and coastal researches.
波浪破碎引起水流强烈的紊动和翻滚,卷入大量空气形成气泡,气泡的演化和输运过程影响着破碎带泥沙输运、污染物迁移运动。研究波浪破碎作用下气泡运动和动力特性非常必要,并具有重要的理论意义和应用价值。本研究从水槽实验试验入手,通过现代化的测试手段对波浪破碎作用下的气泡运动特性开展研究,主要工作和成果如下:1)实验获取了不同波浪作用下破碎区内掺气水流中气泡的大小、数量、分布及空隙率等特性参数,分析了影响气泡数量粒径、空隙率分布的主要因素,揭示了破碎区内气泡的分布与输运统计特性以及动力特性;2)基于理论推导和实验数据拟合,引入波高、波陡、相对水深、无量纲水平位置等无量纲参数,得到了能较好地预测破碎区掺气水流空隙率时空分布的函数式,建立了泡径谱幂指数与波高、距破碎点距离和测量深度的关系式;3)考虑到波浪作用下建筑物附近水体掺气率大,开展了波浪作用下建筑物附近水体掺气及气泡运动特性实验研究,重点分析了波浪破碎作用下海墙附近气泡运动特性,揭示了波浪破碎作用下海墙附近气泡运动特性与水流结构的相互作用机制;4)为弥补实验研究的不足,基于本研究物理实验模型,建立了能精确描述波浪破碎卷入气体、气泡形成与输运等过程的带自由表面强紊动掺气水流三维两相流模型,详细分析水体掺气过程及流动特性,揭示不同波浪破碎形式下,气泡与破碎区紊动特性、物质输移和能量耗散之间的内在规律,并探讨气泡破裂、融合影响周围水体运动的作用机制。该项目研究成果加深了对破碎区气泡输运规律的认识,可为海岸工程建设和学科发展服务。在本项目资助下,已发表学术论文24篇,其中SCI收录9篇、EI收录8篇,共培养已毕业硕士研究生2名。
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DOI:
10.1142/s1793431115400035
发表时间:
2015-12
期刊:
Journal of Earthquake and Tsunami
影响因子:
1.5
作者:
[Yu Yao;Du Ruichao;Jiang Changbo;Zhengjiang Tang;Y. Wancheng]
通讯作者:
Yu Yao;Du Ruichao;Jiang Changbo;Zhengjiang Tang;Y. Wancheng
DOI:
--
发表时间:
2018
期刊:
振动与冲击
影响因子:
--
作者:
[邓斌, 蒋昌波, 李志威, 刘晓建]
通讯作者:
刘晓建
Numerical investigation of hydrodynamic load on bridge deck under joint action of solitary wave and current
孤立波与水流共同作用下桥面水动力荷载数值研究
DOI:
10.1016/j.apor.2018.02.020
发表时间:
2018-06
期刊:
Applied Ocean Research
影响因子:
4.3
作者:
[K. Qu, H.S. Tang, A. Agrawal, Y. Cai, C.B. Jiang]
通讯作者:
C.B. Jiang
DOI:
--
发表时间:
2017
期刊:
水道港口
影响因子:
--
作者:
[许婷]
通讯作者:
许婷
DOI:
10.1142/s1793431117400061
发表时间:
2017-03
期刊:
Journal of Earthquake and Tsunami
影响因子:
1.5
作者:
[Changbo Jiang;Xiaojian Liu;Yu Yao;B. Deng;Jie Chen]
通讯作者:
Changbo Jiang;Xiaojian Liu;Yu Yao;B. Deng;Jie Chen
共 24 条
基于船行波对航行安全影响的运河工程通航隧洞断面尺度研究
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批准号:2026JJ30059
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2026
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负责人:邓斌
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依托单位:
强风作用下防浪建筑物越浪规律及影响机制研究
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批准号:2021JJ30707
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2021
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负责人:邓斌
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依托单位:
风作用下近岸波浪传播变形及其与建筑物相互作用机制
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批准号:51979015
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2019
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负责人:邓斌
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依托单位:
洞庭湖复杂江湖河网系统形态动力过程的模拟方法研究
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批准号:2018JJ3535
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2018
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负责人:邓斌
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依托单位:
国内基金
海外基金