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立方对角面开孔人工鱼礁流场效应的数值模拟

水产学报 2024年第3期48卷 184-195页

作者：薛大文庞聪利潘昀浙江海洋大学船舶与海运学院

人工鱼礁是建设现代化海洋牧场的基础设施，为了研究在不同海域流速下，迎流角度对人工鱼礁的影响，实验基于Ansys-Fluent平台，采用RNG k-ε的湍流模型，进行数值水槽模拟，对结构边长为3 m的立方对角面开孔鱼礁在3种来流速度(0.5、1.0... 详细信息

人工鱼礁是建设现代化海洋牧场的基础设施，为了研究在不同海域流速下，迎流角度对人工鱼礁的影响，实验基于Ansys-Fluent平台，采用RNG k-ε的湍流模型，进行数值水槽模拟，对结构边长为3 m的立方对角面开孔鱼礁在3种来流速度(0.5、1.0和1.5 m/s)、4种迎流角度(0°、15°、30°和45°)下的上升流体积、背涡流体积、阻力、倾覆力矩等水动力特性进行比较分析。结果显示，人工鱼礁内部和周围存在具有显著特征的上升流区域和背涡流区域；流场规模的大小基本不受来流速度的影响；流速是影响立方对角面开孔人工稳定性的主要因素，流速越大，作用在礁体上的阻力和倾覆力矩相应变大，礁体的稳定性越差；迎流角度是影响人工鱼礁流场效应的主要因素，鱼礁的流场效应规模在迎流角度为30°～45°时达到最优，礁体为45°迎流时上升流体积和背涡流体积都达到最大值。利用权重赋值法，引入人工鱼礁建设效果综合评价模型，通过综合评价分析，在不考虑海底底质淤积、风浪等条件下，投放人工鱼礁时宜选取最大流速不超过1 m/s的海域，且迎流角在30°至45°范围内，鱼礁的建设效果最佳。

关键词：人工鱼礁海洋牧场流场效应数值模拟稳定性迎流角度

基于LES/FW-H混合方法的缩放型喷嘴空化与噪声特性研究

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水动力学研究与进展A辑 2024年第2期39卷 252-263页

作者：范海栋陈正寿杜炳鑫浙江海洋大学船舶与海运学院

该文采用大涡模拟（LES）与Rayleigh-Plesset空化模型相结合的方法，对缩放型空化喷嘴的瞬态流场进行数值仿真研究，成功捕捉到射流场中的空泡运动和旋涡脱落过程。以包络空泡及旋涡结构的曲面为可渗透声源面，采用Ffowcs Williams-Hawk... 详细信息

该文采用大涡模拟（LES）与Rayleigh-Plesset空化模型相结合的方法，对缩放型空化喷嘴的瞬态流场进行数值仿真研究，成功捕捉到射流场中的空泡运动和旋涡脱落过程。以包络空泡及旋涡结构的曲面为可渗透声源面，采用Ffowcs Williams-Hawkings（FW-H）声类比方法，获取缩放型喷嘴的空化噪声特性。在空化流场的分析过程中，以压力系数为空化研究参数，发现：喷嘴内部空化现象主要由剪切作用诱导的旋涡以及喷嘴喉部的文丘里效应共同引起；喷嘴外部空泡运动受旋涡所致低压区域和射流冲击作用产生高压区域共同影响。在空化噪声的分析过程中，该文建立了一种空化喷嘴涡流信号和空泡信号的分解方法，其通过监控及对喷嘴出口界面上Qmax的时域信号进行频域分析，可将涡流频率成分从空化流场的压力频谱中成功分离出来。

关键词：空化大涡模拟可渗透FW-H方法缩放型喷嘴空化噪声分解旋涡脱落频率

进水管设置角度对圆形循环水养殖池自清洗能力的影响

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水产学报 2024年第3期48卷 174-183页

作者：朱放桂福坤胡佳俊孔剑桥潘训然张泽坤冯德军曲晓玉浙江海洋大学船舶与海运学院浙江海洋大学国家海洋设施养殖工程技术研究中心浙江海洋大学水产学院

为了提高圆形养殖池的自清洗能力，本研究系统开展了污物汇集试验和流场测量试验。实验针对圆形养殖池双管贴壁进水模式，共设计9个不同的角度工况。利用设置在养殖池正上方的相机记录不同工况下污物的汇集过程，通过分析污物的运动过... 详细信息

为了提高圆形养殖池的自清洗能力，本研究系统开展了污物汇集试验和流场测量试验。实验针对圆形养殖池双管贴壁进水模式，共设计9个不同的角度工况。利用设置在养殖池正上方的相机记录不同工况下污物的汇集过程，通过分析污物的运动过程以及池内剩余的污物量，量化进水管设置角度对养殖池内污物汇集过程以及自清洗能力的影响。利用PIV技术测量了不同工况下距离池底1、2、10、19 cm (底层、近底层、中层、上层)水层的流场，通过分析流态以及水阻力系数Ct、速度均匀系数DU50等养殖池水动力参数，阐明进水管设置角度对养殖池内污物汇集以及自清洗能力的影响机制。结果显示，进水管设置角度明显影响养殖池的自清洗能力，自清洗能力随着进水管设置角度的增大先增大后减小，在45°～50°工况时养殖池自清洗能力最优；进水管设置角度通过影响底层流速大小和流态影响养殖池的自清洗能力，流速大小决定污物能否起动，流态决定污物能否汇集至出水口。因此，在实际循环水养殖生产中建议将与本研究中类似的养殖池的进水管角度设置为45°～50°，以提高养殖池的自清洗能力，提升循环水养殖系统的综合性能。

关键词：自清洗进水管进水角度水动力特性污物汇集

考虑非傅里叶微尺度效应涂层基体复合结构热冲击强度研究

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固体力学学报 2024年第2期45卷 225-237页

作者：崔高伟于松洁许光映浙江海洋大学船舶与海运学院舟山316022

针对在涂层热冲击研究中忽略非傅里叶传热微尺度效应的问题,本文引入一维平板涂层基体复合结构物理模型,建立涂层双曲线型传热、基体抛物线型传热的数学模型Ⅰ,并根据交界面处的传热行为建立合理边界条件.在此基础上,构建了涂层、基体... 详细信息

针对在涂层热冲击研究中忽略非傅里叶传热微尺度效应的问题,本文引入一维平板涂层基体复合结构物理模型,建立涂层双曲线型传热、基体抛物线型传热的数学模型Ⅰ,并根据交界面处的传热行为建立合理边界条件.在此基础上,构建了涂层、基体的热弹性力学模型.采用隐式差分法对模型离散化处理,得到温度场的数值解,进而求得应力场,并给出了具体算例.同时,建立涂层和基体均为抛物线型传热的数学模型Ⅱ作为对比研究.结果表明:当初始条件和热扰动均相同,并考虑非傅里叶传热的微尺度效应时,在涂层内,模型Ⅰ热应力表现出变化的延迟性、分布的局域性以及波动性,任意位置热应力都不是从0开始变化,而模型Ⅱ不存在波动性,任意位置热应力从0开始变化.模型Ⅰ热应力产生后,率先达峰且峰值大于模型Ⅱ.在基体内,模型Ⅰ热应力大于模型Ⅱ,且变化梯度较大.在交界面处,模型Ⅰ产生“反射效应”,此处应力值以及应力骤降值均大于模型Ⅱ.对比表明,模型Ⅰ受到的热冲击更加复杂剧烈.该研究为极端热传导环境下确保涂层可靠性提供了有益参考.

关键词：涂层基体复合结构非傅里叶热传导温度场热应力

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基于深度学习的复杂环境下船舶视觉检测方法

船舶工程 2024年第2期46卷 106-114页

作者：崔雨箫陈超潘宝峰叶翔浙江海洋大学船舶与海运学院浙江舟山316000

为减少由雷达盲点、船舶自动识别系统(AIS)信息不可靠以及人工疏忽等因素引起的海上安全事故,结合深度学习的计算机视觉技术,提出一种基于改进YOLOv7算法的船舶视觉检测方法(YOLOv7-Rep VGG-SimAM)。该算法将卷积核的每个通道进行分离,... 详细信息

为减少由雷达盲点、船舶自动识别系统(AIS)信息不可靠以及人工疏忽等因素引起的海上安全事故,结合深度学习的计算机视觉技术,提出一种基于改进YOLOv7算法的船舶视觉检测方法(YOLOv7-Rep VGG-SimAM)。该算法将卷积核的每个通道进行分离,利用Rep VGG网络替代标准的卷积层以减少计算量;将Sim AM无参数注意力机制融合能量函数计算注意力权重,增强了对多船重叠和背景遮挡等条件下船舶特征的提取能力;采用暗通道原理进行去雾预处理,提高了检测的准确性和稳定性。试验结果表明:与传统的YOLOv5和YOLOv7等方法相比,YOLOv7-RepVGG-SimAM算法在检测精度、准确率和鲁棒性等方面均表现良好,尤其是复杂环境下,其船舶检测率依然维持在较高水平。

关键词：船舶视觉检测深度学习 YOLOv7 船舶特征提取 RepVGG-SimAM

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海洋自主水面船舶跨水域自适应神经控制

中国舰船研究 2024年

作者：叶翔陈超贾建雄陈航中国船级社浙江分社浙江海洋大学船舶与海运学院

[目的]针对跨水域场景下海洋自主水面船舶（MASS）受模型参数不确定和外界环境干扰未知的跟踪控制问题，提出一种具有指定性能的自适应神经控制（ANC）方案。[方法]在反步法设计框架下，利用神经网络逼近模型参数不确定和未知的外界环... 详细信息

[目的]针对跨水域场景下海洋自主水面船舶（MASS）受模型参数不确定和外界环境干扰未知的跟踪控制问题，提出一种具有指定性能的自适应神经控制（ANC）方案。[方法]在反步法设计框架下，利用神经网络逼近模型参数不确定和未知的外界环境扰动，构造一种新的指定性能函数，并结合障碍李雅普诺夫函数来实现跨水域设计的转换，同时使用动态面控制技术降低系统计算复杂度，借助李雅普诺夫理论进行稳定性分析，证明控制系统内所有信号都是有界的。[结果]仿真结果表明，所提控制方案能够解决海洋自主水面船舶跨水域跟踪控制，且跟踪误差能够满足在离线预定义时间内收敛至给定的约束范围。[结论]所做研究能够解决船舶的跨水域跟踪控制问题，为受限水域船舶的跟踪控制提供参考价值，且具有实际的工程意义。

关键词：海洋自主水面船舶跨水域场景指定性能障碍李雅普诺夫函数自适应神经控制

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孤立波与多排水平板相互作用的数值研究

海洋工程 2024年

作者：李慧敏丁伟业蔡涛孙宏月赵西增浙江大学海洋学院 .浙江海洋大学船舶与海运学院浙江海洋大学海洋工程装备学院

利用FLUENT进行二维波浪水槽数值模拟，对孤立波作用下多排水平板的水动力特性开展研究。首先，通过与实验结果的对比，验证数值模型在处理孤立波与水平板相互作用问题上的准确性。然后分析相对波高、板宽、相对板间隙和相对潜深等参数... 详细信息

利用FLUENT进行二维波浪水槽数值模拟，对孤立波作用下多排水平板的水动力特性开展研究。首先，通过与实验结果的对比，验证数值模型在处理孤立波与水平板相互作用问题上的准确性。然后分析相对波高、板宽、相对板间隙和相对潜深等参数对多排水平板消浪性能的影响，通过分析流场和涡量场，讨论多排水平板结构的消波机理。研究表明：当相对板间隙j/B在0.02～0.1范围内时，多排水平板的消浪效果达到最好，优于单排水平板。多排水平板为水体交换提供了空间，并降低了结构受力，在减少施工用料的同时还具有良好消浪能力。

关键词：多排水平板反射系数透射系数能耗系数涡量场

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基于强氢键作用的超分子微纳米涂层改性滤膜

精细化工 2024年第4期41卷 848-857页

作者：曹雪蔡苗苗李玉乐韩志高军凯浙江海洋大学船舶与海运学院浙江舟山316022 浙江海洋大学海洋工程装备学院浙江舟山316022 江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013

为解决油水分离滤膜循环使用性差的问题,采用超分子鞣酸-聚乙烯醇(TA-PVA)黏结剂黏附鞣酸-铜(TA-CuⅡ)形成鞣酸-聚乙烯醇-铜(TA-PVA-CuⅡ)涂层改性聚偏氟乙烯(PVDF)膜,制备了具有稳定微纳米涂层的超亲水/水下超疏油膜(TA-PVA-CuⅡ@PVDF... 详细信息

为解决油水分离滤膜循环使用性差的问题,采用超分子鞣酸-聚乙烯醇(TA-PVA)黏结剂黏附鞣酸-铜(TA-CuⅡ)形成鞣酸-聚乙烯醇-铜(TA-PVA-CuⅡ)涂层改性聚偏氟乙烯(PVDF)膜,制备了具有稳定微纳米涂层的超亲水/水下超疏油膜(TA-PVA-CuⅡ@PVDF)。采用SEM、FTIR、XPS对制备的膜进行了表征,对改性前后PVDF膜的表面润湿性、油水分离性进行了测试,考察了二价铜离子改性时间对TA-PVA-CuⅡ@PVDF循环使用性以及涂层耐久性的影响。结果表明,在亲水性TA-PVA-CuⅡ微纳米涂层的作用下,TA-PVA-CuⅡ@PVDF的水接触角和水下油接触角分别可达到0°和151.0°,其对乳化油的分离膜通量和分离效率最高分别可达1169.30 L/(m^(2)·h)和99.99%,展现出优异的油水分离性能。二价铜离子改性时间为20 min时,TA-PVA-CuⅡ@PVDF循环稳定性和耐久性最佳,具有15次的循环分离次数,并且通量改变率为6.6%。

关键词：强氢键作用微纳米涂层滤膜油水分离循环稳定性功能材料

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绿色纤维素基水凝胶膜的制备及油水分离性能

精细化工 2024年第5期41卷 990-1000页

作者：曹妍高军凯夏孟胜徐彭涛韩志陈妍浙江海洋大学船舶与海运学院浙江舟山316022 江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212000

以杨木粉(PF)中提取的纤维素木浆(PF-NA)为基底,通过冷冻盐析技术,利用聚乙烯醇(PVA)将LiCl颗粒包裹在纤维素骨架上制备了纤维素基(CLH)水凝胶膜。采用FTIR、SEM、XRD、XPS对CLH水凝胶膜进行了表征,对其机械、高温、耐酸碱和耐盐稳定性... 详细信息

以杨木粉(PF)中提取的纤维素木浆(PF-NA)为基底,通过冷冻盐析技术,利用聚乙烯醇(PVA)将LiCl颗粒包裹在纤维素骨架上制备了纤维素基(CLH)水凝胶膜。采用FTIR、SEM、XRD、XPS对CLH水凝胶膜进行了表征,对其机械、高温、耐酸碱和耐盐稳定性、自清洁和耐污性进行了测试。结果表明,CLH水凝胶膜具有三维层状结构,PVA的加入及冷冻盐析技术的利用提高了CLH水凝胶膜的力学性能。LiCl作为吸水单元分布在纤维素骨架周围,使CLH水凝胶膜具有超亲水性,水下油接触角为151°;在重力作用下,CLH水凝胶膜可以实现对油水混合物和水包油乳液的高效分离,在高温(60℃)、强酸(pH=3)和强碱(pH=13)条件下具有稳定的分离效率(≥99.8%);在循环分离12次水包机油乳液中,CLH水凝胶膜保持稳定的分离性能;CLH水凝胶膜对四氯乙烯油渍具有自清洁和耐污能力。

关键词：纤维素水凝胶膜聚乙烯醇冷冻盐析废木材回收重力驱动油水分离功能材料