基于SPH方法的涌潮水动力与局部冲淤数值模拟研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51809238
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1101.海岸工程与海洋工程
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

A tidal bore is a spectacular hydrodynamic phenomenon which is commonly formed in the funnel-shaped estuaries with large tidal range during the spring tide. The Qiantang River Tidal Bore in the Hangzhou Bay is one of the most famous, known for its tremendous momentum, as well as the natural scenarios and historical culture. However, the powerful energy of the tidal bore is also a severe threat to the security of civilians and facilities along the river. In this project, a small scale numerical model for the simulation of tidal bore, river bed and structures interaction will be implemented based on a meshfree method called Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH). The propagation and evolution of the tidal bores will be represented, taking advantage of SPH method in dealing with highly nonlinear and distorted free surface and multi-phase flows. The coupled water-sediment simulation will be achieved owing to the Lagrangian feature of SPH method. This project will reveal the small scale hydrodynamic structures in side of the highly nonlinear tidal bores and deepen the understanding of induced local scour and deposition. This project will also further contribute to the development of the theoretical model and numerical technique of SPH method, broaden its application field, show a new way for tidal bore simulation and provide scientific reference basis and technical supports for riverway planning and dike designing.
在潮差较大的喇叭形河口地区,涨潮过程中经常可以形成涌潮这一壮观的自然现象,其中以我国杭州湾地区的钱塘江涌潮最为著名。涌潮气势磅礴,是重要的自然和人文景观,但其蕴含的巨大能量严重威胁了沿岸群众和生产生活设施的安全。本项目拟基于一种无网格粒子法,即光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法,建立小尺度的涌潮-河床-结构物耦合数值模型,充分利用SPH方法在处理强非线性、大变形自由表面流以及多相流界面等方面的数值优势模拟涌潮潮头的运动演化过程,借助SPH方法的拉格朗日特性实现水沙二相的耦合模拟。本项目的研究有助于揭示强非线性涌潮潮头内部的水动力结构特征与河床冲淤动力机制,同时也为涌潮数值模拟研究提供新思路和新方法,进一步推进无网格数值方法在河口海岸水动力数值模拟中的应用,为河道规划、海塘设计等工作提供科学的参考依据和技术支撑。

结项摘要

在潮差较大的喇叭形河口地区,涨潮过程中经常可以形成涌潮这一壮观的自然现象,其中以我国杭州湾地区的钱塘江涌潮最为著名。涌潮气势磅礴,是重要的自然和人文景观,但其蕴含的巨大能量严重威胁了沿岸群众和生产生活设施的安全。本项目基于一种无网格粒子法,即光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法,结合SPH开边界技术,实现了小尺度涌潮的高精度模拟,探究了涌潮潮头的水动力结构特征,包括潮头波浪的翻卷及其触发的偶极子结构、紊流拟序结构的发育和演化规律、物质掺混和输运特征等。基于传统SPH水动力模型,通过引入泥沙浓度变量和土力学本构模型,提出了SPH框架下“悬移质-底沙”联合模拟的解决方案,揭示了不同含沙浓度水体的动力特征、以及不同状态下的泥沙在对流、扩散和沉降机制综合作用下的相互转化过程。运用水-沙-结构物耦合模型,模拟和研究了强漩滚涌潮和波浪卷破等强非线性水动力条件下泥沙的起动、输运和落淤特征。本项目的研究揭示了强非线性涌潮潮头内部的水动力结构特征与河床冲淤动力机制,同时也为涌潮数值模拟研究提供了新思路和新方法,进一步推进了无网格数值方法在河口海岸水动力数值模拟中的应用,为河道规划、海塘设计等工作提供了科学的参考依据和技术支撑。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(2)
Hybrid SW-NS SPH models using open boundary conditions for simulation of free-surface flows
使用开放边界条件模拟自由表面流的混合 SW-NS SPH 模型
  • DOI:
    10.1016/j.oceaneng.2019.106845
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Ocean Engineering
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    倪兴也
  • 通讯作者:
    倪兴也
A SPH numerical wave flume with non-reflective open boundary conditions
具有非反射开放边界条件的SPH数值波水槽
  • DOI:
    10.1016/j.oceaneng.2018.06.034
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Ocean Engineering
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Ni Xingye;Feng Weibing;Huang Shichang;Zhang Yu;Feng Xi
  • 通讯作者:
    Feng Xi

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其他文献

Numerical simulations of wave interactions with vertical wave barriers using the SPH method
使用 SPH 方法对波浪与垂直波浪屏障相互作用的数值模拟
  • DOI:
    10.1002/fld.3933
  • 发表时间:
    2014-10
  • 期刊:
    International Journal for Numerical Methods in Fluids
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    冯卫兵;倪兴也
  • 通讯作者:
    倪兴也

其他文献

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相似海外基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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