深海垂向流速剖面數(shù)值模擬 (1).docx

1、第26卷第4期2008年11月海洋工程THEOCEANENGINEERING文章編號(hào)：1005-9865(2008)04-0001-07深海垂向流速剖面數(shù)值模擬毛丞弘，楊建民，彭濤(上海交通大學(xué)海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200030)摘要:運(yùn)用CFD軟件對(duì)深海各種不同的垂向流速剖面進(jìn)行數(shù)值模擬，分析研究試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)水流在空間上的流速分布情況以及湍流強(qiáng)度的變化,并與目標(biāo)流速進(jìn)行了比較。結(jié)合模型試驗(yàn)，表明數(shù)值模擬的結(jié)果是可彝的,造流系統(tǒng)能夠較為準(zhǔn)確地模擬出不同垂向流速剖面的海流,滿足深水試驗(yàn)池對(duì)深海海流的模擬要求。關(guān)鍵詞:垂向流速剖面;試驗(yàn)區(qū)域;湍流強(qiáng)度;數(shù)值模擬中圖分類號(hào):P75文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)瑪：AN

2、umericalsimulationofverticalcurrentprofilesMAOCheng-hong,YANGJian-min,PENGTao(TheStateKeyLaboratoryofOceanEngineering,ShanghaiJiaotongUniveraity,Shanghai200030,China)Abstract:DifferentdeepwaterverticalcurrentprofilesaresimulatedbyusingCFDsoftware.Andsomeanalyseshavebeenmade,suchasthedimensionalflowu

3、nilbrmitiesandturbulencelevels.Thevelocityofflowisalsocomparedtothetargetone.Comparedwithmodeltestresults,itisshownthattheresultsofthesimulationarereliable,andthecurrentgenerationsystemisabletosimulatedifferentverticalcurrentprofiles,whichsatisfiesthesimulationrequirementofthedeepwatercurrentintheba

4、sin.Keywords：verticalcurrentprofile;measuringarea;turfxilenceintensity;numericalsimulation近年來，隨著近海油氣資源的日趨減少，油氣資源開發(fā)走向深海，許多新研制的適用于深海作業(yè)的浮式生產(chǎn)處理裝置不斷涌現(xiàn)，例如浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油系統(tǒng)(FPSO)、單柱式平臺(tái)(SPAR)、深水半潛式平臺(tái)(Semi-submersionSpar)和張力腿平臺(tái)(TLP)等。這些形式各異的深海浮式生產(chǎn)系統(tǒng)成本昂貴,其所處的海洋環(huán)境和地質(zhì)條件惡劣，設(shè)計(jì)和建造技術(shù)復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)極高，因此須對(duì)其在生存和作業(yè)條件等各種海洋環(huán)境條件下的水動(dòng)力性能、結(jié)構(gòu)響

5、應(yīng)等特性進(jìn)行深入的研究。通常在進(jìn)行工程建設(shè)之前,各個(gè)公司都會(huì)進(jìn)行模型試驗(yàn)，以檢驗(yàn)其安全性到底是否足夠"3】。而海洋深水試驗(yàn)池正是進(jìn)行海洋深水工程試驗(yàn)研究不可或缺的配套基礎(chǔ)研究設(shè)施，同時(shí)也是發(fā)展海洋高新技術(shù)重要的技術(shù)支撐平臺(tái)。深海海流情況較為復(fù)雜，不同于淺海海流，其受表面海風(fēng)和深海洋流等的綜合作用，在不同深度具有不同的流速，會(huì)形成不同的垂向流速剖面。海流對(duì)深海平臺(tái)的立管和系泊系統(tǒng)有較大的直接或間接的作用載荷，對(duì)系統(tǒng)的低頻運(yùn)動(dòng)特性有一定的影響。并且，深海海流與波浪之間還存在著較強(qiáng)的相互作用，從而影響深海平臺(tái)的慢漂力、波浪載荷以及平臺(tái)氣隙等性能。因此，開展海洋深水工程模型試驗(yàn)研究要求，深水

6、試驗(yàn)池應(yīng)有能力模擬垂直方向上不同流速剖面的深海海流。上海交通大學(xué)設(shè)計(jì)、建造中的海洋深水試驗(yàn)池長(zhǎng)50m、寬40m,水深可以在010m的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。水池中間還布置有一個(gè)直徑5m、深40m的深井，可模擬4000m以上的實(shí)際水深,滿足了國(guó)內(nèi)外各種深水海洋開發(fā)裝備模型試驗(yàn)的要求。造流系統(tǒng)在水深方向上，將海洋深水試驗(yàn)池分為相互獨(dú)立的數(shù)層，通過調(diào)節(jié)各層收稿日期:2007-12-27基金項(xiàng)目：上海市科委重大基礎(chǔ)研究課題資助項(xiàng)目(05DJ14001)作者簡(jiǎn)介:毛丞弘(1983-),男，上海人，碩士研究生，主要從事海洋工程方面研究。內(nèi)的水流流量，控制其流速，以達(dá)到模擬不同垂向流速剖面的目的。同時(shí)，根據(jù)海洋工程深水

7、試驗(yàn)的要求，深水池內(nèi)的水流應(yīng)該達(dá)到均勻流動(dòng)的狀態(tài)，要求水流盡可能的平穩(wěn)，包括流向穩(wěn)定、紊流小、減少漩渦等擾動(dòng)因素等1理論基礎(chǔ)在流體為單相、均勻的假設(shè)前提下，不可壓縮流體流動(dòng)的基本控制方程為連續(xù)性方程和RANS方程:也-?；鹨?3P°習(xí)廣=-云；+®+P式中為速度分量時(shí)均值(I,j=1,2,3);P為壓力時(shí)均值;P為流體密度；”為流體運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù);gi為重力加速度分量；為Reynolds應(yīng)力項(xiàng)。從形式上看,RANS方程是以時(shí)間平均量為未知數(shù)的，但Reynolds應(yīng)力卻是新的未知數(shù)，從而引出了所謂的封閉問題。為了使方程封閉，各種文獻(xiàn)中提出了各式各樣的湍流模式，企圖把未知的Rey

8、nolds應(yīng)力與流動(dòng)的時(shí)均值聯(lián)系起來。其中應(yīng)用最為普遍的方法是Boussinesq仿照分子運(yùn)動(dòng)理論所提出的渦粘性假設(shè)餌：式中：代為渦粘性系數(shù)，A=為湍動(dòng)能為Kroneckerdelta函數(shù)。Boussinesq假設(shè)主要應(yīng)用于Spahrt-Allniaras模型、辰模型和k-cu模型等。其中，標(biāo)準(zhǔn)的k-e模型主要基于湍動(dòng)能和湍動(dòng)能耗散兩個(gè)參數(shù)來描述湍流，被廣泛應(yīng)用到實(shí)際工程的計(jì)算中9J0o在此采用的湍流模式就是標(biāo)準(zhǔn)k-模型。2數(shù)值模型根據(jù)上述理論基礎(chǔ)，對(duì)海洋深水試驗(yàn)池進(jìn)行數(shù)值模擬，調(diào)節(jié)不同垂向分層的水流速度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同垂向流速剖面分布的水流模擬。通過建立數(shù)值模型開展CFD計(jì)算,研究形成不同流速

9、的垂向速度剖面的控制方法,并對(duì)形成各種剖面時(shí)深水池試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)水流的流動(dòng)和變化狀況，包括流速的分布和湍流強(qiáng)度大小等開展研究工作。主要研究海洋深水試驗(yàn)池所能模擬出的不同垂向流速剖面，以及試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)水流的流動(dòng)狀況。因此，對(duì)深水試驗(yàn)池的建模從入口端隔層開始，到出口端為止,模擬了各層的進(jìn)水口、水池在水流方向上的剖面和出水口的設(shè)置情況。水池的水流流入在水深方向上分為可獨(dú)立控制的數(shù)層，如圖1所示。坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)位于海洋深水試驗(yàn)池入口端水面中點(diǎn)處，其正方向滿足右手定則。坐標(biāo)系的X軸為深水池的縱向長(zhǎng)度方向，正方向?yàn)樗鞯牧鲃?dòng)方向，坐標(biāo)系的Z軸為垂直向上方向，水池的寬度方向上則為V軸。3數(shù)值模擬結(jié)果及分析對(duì)于深

10、海海洋環(huán)境而言,在不同海域以及不同的環(huán)境條件下，會(huì)形成各種不同的流速剖面本文中所描述的不同流速的垂向剖面主要是指在水深方向上流速的大小按照一定規(guī)律分布，在水平方向上則為流速均勻的定常流動(dòng)。相對(duì)于深水池水深方向上的其它各層而言，造流系統(tǒng)在靠近水面的第一層具有一定的特殊性，因?yàn)樗姹韺佑锌赡茉谑艿胶ｏL(fēng)等的作用下產(chǎn)生較大的速度。例如,在颶風(fēng)的影響下墨西哥灣的表層流速最高可至3.03.5m/s左右，在縮尺比為64的模型試驗(yàn)中，深水池的表層流速需達(dá)到0.4m/s左右。同時(shí)，表層流速又會(huì)對(duì)波浪產(chǎn)生一定的影響。因此，根據(jù)海洋深水模型試驗(yàn)的要求，在水池靠近水面處，應(yīng)當(dāng)能夠產(chǎn)生水流速度較高的表面流，同時(shí)試驗(yàn)區(qū)域

11、內(nèi)的流場(chǎng)仍能保持較好的均勻性和湍流度。本文的數(shù)值模擬是對(duì)深水試驗(yàn)池水深10m的范圍內(nèi)開展的，主要模擬了如下典型的流速剖面：1) 均勻垂向流速剖面:以設(shè)計(jì)流速為目標(biāo),調(diào)節(jié)其它層的流量使各層達(dá)到同樣的流速，從而產(chǎn)生均勻的流速剖面，此時(shí)的流速為0.1mA左右；2) 表層高流速的垂向流速剖面:此時(shí)表層的流速約0.4m/s,隨著深度的增加流速迅速減小，較深處的流速接近于0；3) 典型垂向流速剖面：由于真實(shí)狀態(tài)下，深水流同時(shí)受到表層風(fēng)浪以及深海洋流的影響，因而流速并不是單純的均勻流或表層流，而是二者的某種組合。在典型的流速垂向剖面中，表層流速較大,隨著水深的增加流速逐漸減小。3.1均勻垂向流速剖面的模擬在

12、均勻垂向流速剖面的模擬中，水流在深水池試驗(yàn)區(qū)域水深方向上應(yīng)盡可能達(dá)到穩(wěn)定、均勻的狀態(tài)。所謂試驗(yàn)區(qū)域是指水池中央附近一定長(zhǎng)度和寬度的矩形區(qū)域，該區(qū)域是深水池開展海洋深水模型試驗(yàn)的主要測(cè)試區(qū)域。.從圖1的計(jì)算模型可以看到，各層之間的隔層并不是水平的，而是以一定的角度向上傾斜。當(dāng)水流從進(jìn)水廊道流入時(shí)，在隔層范圍內(nèi)也是以一定的角度向上流動(dòng)。進(jìn)入水池后，由于慣性作用，在開始的一段距離內(nèi)，水流并不是馬上變?yōu)樗搅鲃?dòng),在垂向方向上仍有速度分量，不過其絕對(duì)值逐漸減小,進(jìn)入水池大約5m之后,垂向速度分萩基本減小為零，水流變?yōu)榉€(wěn)定的水平流動(dòng)，如圖2(a)所示。到圖2(b)中相同水深處水池中央位置時(shí)，水流已完全呈水

13、平流動(dòng)，并且流速大小也基本一致，分布十分均勻。而在出口處，由于出口和入口的位置是一一對(duì)應(yīng)的，表層的水流需要從第一層的出門流出，因此水流的流向會(huì)慢慢朝著出口位置偏轉(zhuǎn)。如圖2(c)所示，在靠近出口區(qū)域，水流的均勻性保持的還是比較好，但是流向如前所述已經(jīng)有稍許的偏轉(zhuǎn),不再保持水平。I1.59頸l：43e011護(hù)I.lle-01泌59e-0151e-01-一43e-01-35c-0127e-0119e-01lle-0103e-0155e-0275e-02_95e-02=16e-02：36c-0257e-02=：77e-0298e-0218e-0239e-0259e-0296e-0354e-06(c)靠

14、近出口處圖2流場(chǎng)的速度矢量圖Fig.2.Velocityvectorsofthecurrentfield3：98c-'.55e-028.75e-O27.95e-7.16e-(b)水池中央圖3是試驗(yàn)區(qū)域縱向上不同位置處所形成的均勾流速分布圖?？梢郧宄乜吹?在深水池靠近入流方向處，其垂向流速剖面尚未達(dá)到完全均勻分布的狀態(tài)，靠近水面表層的區(qū)域流速較小。這是因?yàn)槿肓鞫说牡谝粚永鹊涝谒姹韺酉路降囊欢ň嚯x處，水流流動(dòng)時(shí)由于黏性作用而帶動(dòng)表層的水流一起流動(dòng)，因此表層流速并未達(dá)到平均值。但隨著水流的流動(dòng)，水流能量在試驗(yàn)區(qū)域中央已達(dá)到均勻擴(kuò)散，從而較好的實(shí)現(xiàn)對(duì)均勻流速剖面的模擬。因此，深水池中央的試

15、驗(yàn)區(qū)域以及靠近去流方向的區(qū)域內(nèi)，可以形成較為均勻的垂向流速剖面。從圖中也可以發(fā)現(xiàn)，在水池中央，靠近底部的范圍內(nèi)流速也有所減小，只是變化程度沒有表層區(qū)域大。其原因在于底部為假底,其表面不可能是完全光滑的，存在著一定的摩擦阻力，因此附近的水流流速也會(huì)有所下降。圖4為計(jì)算所得到的深水試驗(yàn)池在縱向X軸方向上的湍流強(qiáng)度變化曲線。由圖可知，由于初始流速較大，水流未達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)，此時(shí)擾動(dòng)較大,因此在深水池入流端的湍流強(qiáng)度還處在一個(gè)相對(duì)較高的水平。但隨著水流的流動(dòng)與擴(kuò)散，流場(chǎng)的湍流強(qiáng)度會(huì)迅速減小。當(dāng)水流到達(dá)試驗(yàn)區(qū)域肘，流場(chǎng)的湍流強(qiáng)度已減小到3%以下。并且隨著水流流動(dòng)，湍流強(qiáng)度還將繼續(xù)減小,直至逐漸趨于一個(gè)穩(wěn)

16、定值。由此可見,當(dāng)深水池內(nèi)流速較低時(shí)，試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)流場(chǎng)的湍流強(qiáng)度完全可以達(dá)到海洋深水模型試驗(yàn)4%以下的要求。0.0'波速/(ms。圖3均勻流速時(shí)的垂向流速分布Fig.3Verticalflowuniformitiesaiuniformityspeed圖4深水池縱向方向上的湍流強(qiáng)度分布Fig.4Turbulenceintensitiesinlongitudinaldirectionatuniformityspeed模擬均勻垂向流速剖面時(shí),在水池的試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)，流速大小在橫向方向上的分布是比較均勻的,符合試驗(yàn)的要求。而在垂向方向上，水流流速的分布相對(duì)偏差也是較小的，在允許范圍

17、之內(nèi)，能滿足試驗(yàn)要求。相對(duì)于靠近入流端而言，水池中央和去流端則體現(xiàn)出更好的均勻性。再考慮到湍流強(qiáng)度在縱向方向上是隨著水流的流動(dòng)而逐漸減小，因此在條件許可的情況下，應(yīng)將試驗(yàn)區(qū)域適當(dāng)向去流端移動(dòng)，或盡量在試驗(yàn)區(qū)域靠近去流方向的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行深水模型試驗(yàn)。這樣,深水池試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)所模擬的海流才更接近目標(biāo)值，并且其湍流強(qiáng)度以及各個(gè)方向上的均勻性也較為理想。3.2表層高流速的垂向流速剖面模擬圖5是表層高流速條件下，不同位置處垂向上所形成的流速剖面圖。從圖中可以直觀地看出，表層高流速的垂向流速剖面中，表層的流速接近于0.4ni/s.并且在I.5m水深左右的范圍內(nèi)基本保持不變，流速保持較好。流速在水深1.56.0

18、m的范圍內(nèi)下降較快,而更深處的水因?yàn)橥耆强恐眯宰饔糜缮蠈拥牧鲃?dòng)帶動(dòng)，因此速度接近于0。從圖中亦可以發(fā)現(xiàn)，在深水池靠近來流方向的區(qū)域內(nèi)，因?yàn)榭拷M(jìn)水口，水流并未得到很好的擴(kuò)散，因此表層流速分布并不理想。但隨著水流的流動(dòng)，水流能量得到繼續(xù)擴(kuò)散，從而使得流速反化減小，在垂向方向上流速變化逐漸均勻，表層流速達(dá)到最大。因此，在試驗(yàn)區(qū)域中央以及去流方向區(qū)域?qū)α鞯牧鲃?dòng)狀況比較穩(wěn)定，符合試驗(yàn)要求。圖6為表層高流速時(shí)深水池縱向X軸方向上的湍流強(qiáng)度值。從圖中可看出，在深水池入流端,湍流弓度值超過8%,幾乎為均勻垂向流速剖面入口端的2倍之多。雖然隨著水流的流動(dòng)湍流強(qiáng)度持續(xù)減小，但：由于其初始的湍流強(qiáng)度絕對(duì)值相對(duì)

19、較大，使得水流需要流經(jīng)較長(zhǎng)的距離才可達(dá)到均勻擴(kuò)散,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定流舌因此一直到深水池縱向位置20m之后才穩(wěn)定在試驗(yàn)要求的4%以下，而且最終的穩(wěn)定值也較高.達(dá)到3.5左右。-8靠近入口處-0水池中央再近出口處0.0流速/(ms')IS2535深水池縱向距離/tn圖5表層高流速時(shí)的垂向流速分布圖6縱向方向上的湍流強(qiáng)度分布Fig.5VerticalflowuniformitiesathighdurfacespeedFig.6Turbulenceintensitiesinlongitudinaldirection因此，模擬表層高流速的垂向流速剖面時(shí),在垂向方向上，深水試驗(yàn)池內(nèi)入流端

20、方向區(qū)域、水池中央和去流方向區(qū)域的流速剖面并不是完全一致，還是存在這細(xì)微的差別。主要是因?yàn)閬砹鞣较虮容^靠近入口處，水流并未得到充分地發(fā)展與擴(kuò)散，因此還沒有達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。相對(duì)于入流方向區(qū)域，中央的試驗(yàn)區(qū)域和去流端的穩(wěn)定性則更為理想。3.3典型垂向流速剖面的模擬在典型的垂向流速剖面中，深水池的表層流速較大，沿著垂向方向逐漸減小，在水深達(dá)到6m之后，流速基本維持在0.1m/s不變。圖7為典型流速剖面時(shí)的垂向流速分布圖，與圖5比較可以得到同表層高流速的垂向流速剖面相似的結(jié)論。在深水池入流端，水流并未得到完全的擴(kuò)散，表層流速也并未達(dá)到穩(wěn)定值。而到了水池中央試驗(yàn)區(qū)域以及去流端區(qū)域,水流流動(dòng)了一段較長(zhǎng)的距

21、離，能最得到充分?jǐn)U散，流動(dòng)狀況趨于穩(wěn)定。因此，在進(jìn)行模型試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)區(qū)域應(yīng)盡可能向去流方向移動(dòng)一些，以保證水流在深水池內(nèi)得到充分的擴(kuò)散和發(fā)展，提高模擬垂向流速剖面與目標(biāo)剖面吻合程度。典型垂向流速剖面時(shí)深水池內(nèi)縱向X軸方向上的湍流強(qiáng)度值如圖8所示。與圖4和圖6比較可知，入流端的湍流強(qiáng)度是隨著表層流速的增大而增大的，此時(shí)的入流端湍流強(qiáng)度值在7%左右。隨著縱向距離的增加,湍流強(qiáng)度值逐漸減小，在X軸距離為15m處湍流強(qiáng)度已基本減小到試驗(yàn)要求的4%以下。而在縱向距離超過30m之后,雖然湍流強(qiáng)度仍在緩慢減小，但其變化程度甚微，最終穩(wěn)定在2.3%上下。因此,在典型垂向流速剖面中水池中央以及去流方向區(qū)域內(nèi)的湍

22、流強(qiáng)度滿足試驗(yàn)要求，模型試驗(yàn)時(shí)應(yīng)將試驗(yàn)區(qū)域盡可能布置在靠近去流端。-100.0流速/(ms*)0.4642()、燹*港蔬QI_1一-L-1_七-A一AA_A1515253545深水池縱向距«/m圖7典型流速削面時(shí)的垂向流速分布Fig.7Verticalflowuniformitiesoftypicalcurrentprofile圖7典型流速削面時(shí)的垂向流速分布Fig.7Verticalflowuniformitiesoftypicalcurrentprofile圖8縱向方向上的溫流強(qiáng)度分布Fig.8Turbulenceintensitiesinthebasininl

23、ongitudinaldirection4模型試驗(yàn)為了對(duì)CFD數(shù)值模擬和計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較,對(duì)造流系統(tǒng)進(jìn)行了物理模型試驗(yàn)。試驗(yàn)在上海交通大學(xué)海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行,模型縮尺比為1：10,試驗(yàn)裝置如圖9所示。圖9深水池物理試驗(yàn)?zāi)Ｐ虵ig.9ModeloftheDeepwaterBasin我們進(jìn)行了一系列的模型試驗(yàn)?zāi)M，包括均勻的和表層高流速的垂向流速剖而在內(nèi)的不同剖面，以驗(yàn)證所模擬的海流狀況是否與目標(biāo)值相吻合，深水試驗(yàn)池能否根據(jù)需要準(zhǔn)確地造出不同流速剖面。試驗(yàn)結(jié)果表明,在縱向和橫向方向上，流速的均勻性得到了保證，垂向方向上則與目標(biāo)值有少量的誤差。并且，模型試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果也比較相似.在試驗(yàn)

24、區(qū)域中央以及去流方向區(qū)域，測(cè)量值與目標(biāo)值的吻合度更高。模型試驗(yàn)對(duì)垂向流速剖面的模擬是在全水深范圍內(nèi)進(jìn)行的。圖10給出了模型試驗(yàn)測(cè)量所得到的垂向流速剖面與目標(biāo)值的比較結(jié)果。由圖中可以看到，在水池試驗(yàn)區(qū)域內(nèi),其垂向流速剖面與目標(biāo)值吻合較好，可以得到較為滿意的分層流速剖面，并且流速的平均值穩(wěn)定在0.1m/s以上。因此，可以認(rèn)為在垂向方向上，深水造流系統(tǒng)能夠按照要求較為準(zhǔn)確地模擬出目標(biāo)流速剖面，模擬結(jié)果可以滿足海洋深水模型試驗(yàn)的要求,并旦測(cè)最到的湍流強(qiáng)度也符合試驗(yàn)要求。流速Z(m.s')0.0流速/(ms')流速/(ms')(c)靠近出口處圖10垂向分層流速剖

25、面的試驗(yàn)結(jié)果Fig.10Measuredverticalcurrentprofileinmeasuringarea物理模型試驗(yàn)測(cè)量的結(jié)果與數(shù)值計(jì)算所得到的結(jié)果吻合較好。物理模型試驗(yàn)為數(shù)值計(jì)算提供了可靠的驗(yàn)證,并為海洋深水試驗(yàn)池的設(shè)計(jì)與施工提供了很好的支持與參考。5結(jié)語通過對(duì)深水試驗(yàn)池三種不同垂向流速剖面的模擬計(jì)算和流場(chǎng)分析，可以得到以下一些結(jié)論：1) 深水池造流系統(tǒng)能夠根據(jù)試驗(yàn)要求.通過調(diào)節(jié)各層的流量,較為準(zhǔn)確地模擬出不同垂向流速剖面的深海海流。2) 對(duì)于模擬的三種流速剖面,在縱向的不同位置處，試驗(yàn)區(qū)域流場(chǎng)的垂向均勻性有所不同°在入流端,垂向流速剖面并未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，但隨著水流的流動(dòng)

26、，到水池中央試驗(yàn)區(qū)域以及去流方向區(qū)域，流速剖面逐漸改善，趨于穩(wěn)定。3) 湍流強(qiáng)度隨著水流的流動(dòng)與擴(kuò)散逐漸減小，即沿著X軸的正向不斷減小，并最終趨于一個(gè)穩(wěn)定值。深水池流場(chǎng)在均勻和典型垂向流速剖面的情況下，其湍流強(qiáng)度值仍較快地減小到海洋深水試驗(yàn)所要求的4%0而在表層高流速時(shí)，隨著表層流速進(jìn)一步增大，擾動(dòng)較大，湍流強(qiáng)度也整體上升,直到深水池中央附近才能滿足模型試驗(yàn)要求。4) 綜合考慮水流在各個(gè)方向上與目標(biāo)值的吻合程度以及湍流強(qiáng)度的大小，在做模型試驗(yàn)時(shí)應(yīng)將試撿區(qū)域布置在水池中央或靠近水池出流端的附近，使模擬的流速剖面更為理想。如果需要擴(kuò)大試驗(yàn)區(qū)域至入流段附近，需要在水池入流處采取相應(yīng)的措施，以改善水流的垂向分布和湍流強(qiáng)度。5) 物理模型試撿測(cè)房的結(jié)果與數(shù)值計(jì)算以及目標(biāo)值吻合較好,表明數(shù)值模擬計(jì)算的結(jié)果是可靠的，可以作為海洋深水試驗(yàn)池模擬海洋流速的參考。深水造流系統(tǒng)對(duì)不同的垂向流速剖面進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，重點(diǎn)分析了深水池垂向上流速的分布情況。通過對(duì)水池內(nèi)流場(chǎng)空間方向上流速的均勻性、垂向方向流速剖面與