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渤海海冰数值模拟及其工程应用

在渤海油气开发中,海冰是影响冰区结构设计、钻采施工、生产作业的重要海洋环境条件。对渤海海冰进行数值模拟和预测,并与油气开发工程紧密结合是合理确定海冰设计参数,减少冰害损失的有效途径。本文结合国家自然科学基金委和中海石油渤海公司联合资助的“九五”重点基金项目中的“渤海海冰数值模拟及其工程应用”子课题,根据辽东湾海冰现场观测资料,对渤海海冰数学模型中的计算参数进行了确定,分析了渤海海冰的热力和动力要素特点,并在海冰数值模拟和预测的基础上对辽东湾JZ20-2海域MUQ锥体平台的冰激结构振动进行了分析。渤海海冰数值模拟和预测主要是借鉴极区及其冰缘区的大、中尺度数学模型。为此,本文通过对极区海冰数值模拟及其相关研究的系统总结,并考虑渤海海冰的特点,详细分析了两种不同的海冰数值计算方法,即欧拉坐标下的差分法和拉格朗日坐标下的光滑质点法。为使渤海海冰的数学模型能够适应渤海冰情特点,并对其中的重要计算参数进行确定,作者在辽东湾JZ20-2海域进  (本文共144页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国海洋大学
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渤海海冰数值预报关键技术研究及应用

每年冬季,海冰对渤海海洋航运、海上油气勘探和生产等具有不同程度的影响,历史上冰情严重时曾发生石油平台倒坍、轮船损毁、航运中断等重大海冰灾害。在渤海海洋经济迅猛发展的今天,原有海冰数值预报的时效、分辨率和产品类型,已经远远满足不了我国海洋经济活动特别是海洋石油开发的需要。根据国际发展趋势和国内海洋工程开发、海上生产运输对防冰抗灾的迫切需求,必须开发适应不同时间、空间尺度的海冰数值预报系统。未来的主要发展方向为:(1)延长预报时效和准确率,逐渐由现在的3-5d延长到7d以上;(2)提高海冰数值模式空间分辨率,由中尺度向小尺度精细化方向发展。本文对渤海海冰历史冰情及其对渤海水文气象和气候变化的响应进行了大量资料综合分析研究,为发展渤海海冰数值预报提供了渤海海冰生消和变化的背景知识。历年冬季结合冰调、专业抗冰、防冰项目和现场观测实验,获取了大量渤海冰运动学和动力学性质、冰面特征和冰内温盐结构等热力学特性相关资料,及影响海冰生消和运动的水...  (本文共172页) 本文目录 | 阅读全文>>

大连理工大学
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中小尺度海冰动力学的粘弹—塑性本构模型及SPH数值模拟

海冰运动是全球水循环的一个重要环节,对全球的气候变化和寒区海上经济活动都有重要的影响。海冰动力学主要研究海冰在海洋、大气的动力强迫下的运动变化、动量传输及其断裂、重叠和堆积等动力学特征。其中表征海冰内部相互作用的本构模型一直是提高海冰动力学数值模拟精度的关键内容。本文在国家自然科学基金项目“中小尺度海冰动力学的本构模型及数值方法研究”(批准号:40206004)的资助下,对目前海冰动力学本构模型的研究成果进行了系统地总结和分析,在此基础上,根据海冰动力学尺度的定义,以渤海海冰为主要研究对象,针对渤海海冰的特点及其油气开发的需要,对中小尺度下的海冰动力学本构模型进行了研究。系统地介绍了海冰对气候和经济活动的影响,详细地回顾了海冰动力学本构模型的发展历程,并指出了海冰动力学本构模型研究存在的问题和不足。在此基础上,结合渤海海冰的特点,介绍了本论文进行的主要工作。对海冰动力学数值模拟常用的数值方法,如有限差分法、质点网格法和光滑质点流...  (本文共155页) 本文目录 | 阅读全文>>

大连理工大学
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海冰动力学数值模拟及波浪与海冰相互作用

在研究海冰与全球气候系统的相互作用以及解决在极区和亚极区自然资源开发中所面临的海冰问题时,海冰数值模拟的时效性和精确性一直是人们关注的重点和研究的关键内容。本论文着重于海冰动力学数值模拟中的计算方法以及波浪与海冰相互作用两方面的研究。针对渤海以及极区冰缘区内海冰在风、浪、流等作用下表现出来明显的区域性和间断性的动力特征,本文发展了一个混合朗格朗日-欧拉方法以更有效准确地模拟海冰的动力过程。利用该方法对规则区域内的海冰堆积过程和涡旋风场作用下海冰的演化过程进行模拟,结果表明该方法可有效准确地模拟海冰的动力特性;采用该方法对渤海海冰动力学进行72小时数值模拟,计算结果与卫星观测数据和现场定点观测数据相吻合。在当前所有的数值模式中均忽略了波浪的影响,或将波浪的影响隐含地包括到其他参数的参数化过程中。然而,在更精细的中小尺度海冰数值模式中,波浪对海冰的动力和热力过程的影响必须加以进一步评估,这就需要对冰区内的波浪特征进行准确地确定。为了...  (本文共144页) 本文目录 | 阅读全文>>

大连理工大学
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基于改进离散元方法的渤海海冰数值模拟

海冰是全球气候系统的重要组成部分,同时海冰给冰区的航运和资源开发带来了一系列的工程问题。针对这些问题,人们对不同尺度下海冰的动力学特性进行了大量的研究和数值模拟。其中,针对不同尺度的海冰选取有效的计算方法,建立准确表征冰间相互作用的本构关系是海冰动力学研究中的主要问题。在海冰动力学数值模拟研究中,将海冰视为连续介质分别建立了有限差分法、光滑质点流体动力学法、质点网格法及基于非连续介质的离散元方法;针对不同尺度的海冰动力学特征建立了一系列海冰动力学本构模型,主要是弹塑性,粘塑性以及在离散元方法中应用的粘弹-塑性模型。其中,离散元方法由于将海冰离散成多个质点,计算方法有异于建立在连续介质力学基础上的其它方法,同时在本构模型方面也不同于传统的本构模型。在自然条件下,海冰在大中尺度下表现出流变特性的同时,在风、浪、流等海洋条件作用下还不断地断裂、重叠和堆积,在小尺度下又显示出很强的不连续特性。离散元方法针对这种现象,有非常明确的物理意义...  (本文共68页) 本文目录 | 阅读全文>>

大连海事大学
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渤海辽东湾冰区工程点雷达海冰监测和预报技术研究

由于地理环境的特点,特别是受气候的影响,渤海海域每年冬季都会发生不同程度的结冰现象。海上石油生产置身于海洋环境之中,海上开采石油的设施无时不受到海洋环境的影响和制约。海冰是冰区海洋工程的主要荷载之一,直接影响着海上油(气)田的勘探、开发和生产运营,威胁着海上工程设施以及航运的安全。从国内外大量的海冰灾害事实和我国海上石油平台被海冰推倒的海洋灾害事故当中,可以看到海冰的破坏力之大,危害之严重,同时也可以看出加强对局地海域大气—海冰—海洋相互作用机理的研究的意义之重大。随着海洋石油勘探开发事业的发展,特别是环渤海冰区油气资源的开采,对渤海油气田冬季生产过程中的海冰管理技术提出了更高的要求。为了保障冬季冰区工程点的作业和生产安全,必须对冰区工程点海冰监测和预报,为加强海洋防灾和减灾的管理、科学决策提供依据。海冰监测是认识海洋环境特征的基本手段,是冰区工程点海洋环境综合管理和预报技术业务化的基础。海冰监测与预报是一项随冰区油田开发和油气...  (本文共148页) 本文目录 | 阅读全文>>