本书全面论述了国内外在海冰数值模型方面的研究成果，并重点对海冰现场监测技术、海冰热力学、海冰动力学、海冰本构模型、海冰数值方法、不同尺度下的海冰离散单元模型，以及海冰数值模型的工程应用进行了全面的论述。本书既介绍海冰数值模型方面的理论研究，又对其在冰区油气作业区中的工程应用进行阐述，将理论研究与工程实践密切结合，对解决冰区海冰数值预报和海洋结构物风险分析提供有益的指导。本书研究成果为作者及合作伙伴十多年的研究成果，得到国家自然科学基金、863本书全面论述了国内外在海冰数值模型方面的研究成果，并重点对海冰现场监测技术、海冰热力学、海冰动力学、海冰本构模型、海冰数值方法、不同尺度下的海冰离散单元模型，以及海冰数值模型的工程应用进行了全面的论述。本书既介绍海冰数值模型方面的理论研究，又对其在冰区油气作业区中的工程应用进行阐述，将理论研究与工程实践密切结合，对解决冰区海冰数值预报和海洋结构物风险分析提供有益的指导。本书研究成果为作者及合作伙伴十多年的研究成果，得到国家自然科学基金、863项目、新世纪优秀人才资助计划和国家海洋公益性专项等多个项目的资助，反映了海冰数值模型及工程应用的最新研究进展。
作为我国首部工程海冰数值模型方面的著作，本书可供海洋工程、海洋物理、寒区环境、数值方法等领域的科研人员，以及高等院校相关专业的研究生参考。
样章试读
目录
- 前言
第1章 绪论
1.1 海冰研究概述
1.1.1 海冰数值模型研究
1.1.2 海冰与大气、海洋的相互作用
1.1.3 海冰的动力破坏
1.2 渤海海冰研究概述
1.2.1 渤海海冰的冰情特点
1.2.2 海冰监测和调查
1.2.3 海冰物理力学性质
1.2.4 海冰数值模拟和预测
1.3 海冰数值模型研究的工程需求
1.3.1 海冰灾害预防
1.3.2 海冰设计参数确定
1.4 小结
参考文献
第2章 基于油气海洋平台的海冰现场监测
2.1 海冰定点现场监测系统概况
2.2 海冰参数现场监测的数字图像处理系统
2.2.1 海冰数字图像监测技术
2.2.2 海冰数字图像监测的程序系统
2.2.3 海冰数字图像监测技术在渤海油气作业区的应用
2.3 海冰的雷达监测技术
2.3.1 航海雷达探测海冰的性能指标
2.3.2 海冰类型识别
2.3.3 海冰漂移轨迹的跟踪
2.4 小结
参考文献
第3章 海冰的热力学特性
3.1 海冰的热力过程及数值方程
3.1.1 长波辐射
3.1.2 冰面感热和潜热
3.1.3 冰内热传导
3.2 冰面太阳辐射的特性分析
3.2.1 冰面太阳辐射计算
3.2.2 太阳辐射对海冰生消趋势的影响
3.3 海洋热通量及冰水间热传递系数
3.3.1 海洋热通量的确定方法
3.3.2 辽东湾海洋热通量的确定
3.3.3 海冰水间的热传递系数
3.4 海冰热力过程的计算分析
3.4.1 海冰表面温度的确定
3.4.2 冰内温度场的计算
3.4.3 冰厚的计算
3.4.4 渤海海冰的热力特性分析
3.5 渤海海冰的特征冰厚
3.5.1 特征冰厚的物理机制
3.5.2 特定气象和水文条件下的特征冰厚
3.5.3 不同气象和水文条件下的特征冰厚
3.5.4 渤海冰厚随其特征冰厚的动态变化
3.6 冰厚计算的累积负气温法
3.6.1 累积负气温方法的物理机理
3.6.2 累积负气温法在渤海的应用
3.7 小结
参考文献
第4章 海冰的动力学特性
4.1 海冰的动力方程
4.1.1 海冰漂移的动量方程
4.1.2 海冰动力要素对比分析
4.2 海冰的拖曳系数
4.2.1 海冰拖曳系数的确定方法
4.2.2 辽东湾JZ20-2海域海冰拖曳系数的动量法确定
4.3 海冰在风、流和潮汐作用下的动力破坏
4.3.1 风和流作用下海冰爬升断裂模式
4.3.2 涨落潮时海冰断裂模式
4.4 海冰的重叠特性
4.4.1 一维重叠冰的力学模型
4.4.2 二维指状重叠冰的力学模型
4.5 海冰的堆积特性
4.5.1 冰脊几何尺寸特征
4.5.2 冰脊帆高的力学模型
4.5.3 冰脊的力学性质
4.6 小结
参考文献
第5章 海冰与波浪的相互作用
5.1 波浪在冰区中的传播
5.1.1 波浪在冰区的传播特性
5.1.2 波浪在冰区传播的黏弹性模型
5.2 近岸海冰在波浪作用下的断裂
5.2.1 无限长冰层覆盖水域的波动
5.2.2 波能通量法
5.2.3 波浪进入冰层覆盖水域后的波高变化
5.2.4 冰盖的断裂
5.2.5 计算结果
5.3 浮冰在波浪作用下的断裂
5.3.1 基本理论
5.3.2 辐射势及绕射势的有限元解法
5.3.3 冰块内部应力及断裂条件
5.3.4 计算结果及分析
5.4 小结
参考文献
第6章 海冰动力学的本构模型
6.1 弹塑性及各向异性海冰动力学本构模型
6.1.1 海冰动力学的弹塑性本构模型
6.1.2 海冰各向异性弹塑性本构模型
6.1.3 海冰各向异性损伤模型
6.2 黏塑性本构模型及其改进
6.2.1 黏塑性本构模型
6.2.2 黏塑性屈服函数的改进
6.2.3 海冰压力项的改进
6.2.4 海冰碰撞流变学中的黏塑性模型
6.2.5 基于Hibler黏塑性模型的弹-黏塑性模型
6.3 中小尺度的黏-弹-塑性本构模型
6.3.1 基于Mohr-Coloumb准则的VEP本构模型
6.3.2 海冰VEP本构模型中的Drucker-Prager屈服准则
6.3.3 海冰VEP本构模型中的粘结力
6.3.4 规则区域内海冰堆积过程的数值试验
6.4 小结
参考文献
第7章 海冰动力-热力过程的数值方法
7.1 海冰动力-热力过程的有限差分法
7.1.1 海冰动力-热力过程的基本方程
7.1.2 海冰动力-热力过程的有限差分方法及其改进
7.1.3 渤海海冰动力-热力过程的有限差分方法及其改进
7.1.4 渤海海冰动力-热力过程的FDM数值计算
7.1.5 渤海整个冰期的海冰-海洋耦合数值模拟
7.2 海冰动力-热力过程的光滑质点流体动力学方法
7.2.1 SPH方法的基本原理及相关参数
7.2.2 海冰动量方程的SPH形式
7.2.3 海冰厚度和密集度的计算
7.2.4 局域性海冰漂移的SPH数值模拟
7.2.5 辽东湾海冰动力过程的SPH数值模拟
7.2.6 辽东湾海冰热力-动力过程的SPH数值模拟
7.3 海冰动力-热力过程的质点-网格法及其改进
7.3.1 海冰质点在网格内的初始分布
7.3.2 拉格朗日坐标系下海冰质点输运
7.3.3 网格内海冰厚度的重新分配
7.3.4 PIC方法的改进
7.3.5 规则区域内海冰堆积过程的数值试验
7.3.6 改进的PIC方法在渤海海冰动力学模拟中的应用
7.4 海冰动力学的混合拉格朗日-欧拉法
7.4.1 HLE方法的基本方程
7.4.2 涡旋风场下海冰的动力学数值试验
7.4.3 渤海海冰动力学数值模拟
7.5 小结
参考文献
第8章 海冰动力过程的离散单元模型
8.1 不同尺度下的海冰离散分布特性及尺度效应
8.1.1 不同尺度下海冰的离散分布特性
8.1.2 海冰的尺度效应
8.2 海冰动力过程的离散元数值模拟
8.2.1 海冰的颗粒离散元模型
8.2.2 海冰动力过程的离散元数值计算
8.3 海冰重叠和堆积过程的离散单元数值模拟
8.3.1 海冰的块体离散单元模型
8.3.2 海冰重叠和堆积过程的离散元模拟
8.3.3 大中尺度下海冰动力过程的离散元模拟
8.4 海冰与波浪相互作用的离散单元模型
8.4.1 海冰的三维圆盘离散单元模型
8.4.2 海冰与波浪相互作用的离散单元数值计算
8.5 海冰对海洋结构作用力的离散单元模型
8.5.1 具有粘接和破碎效应的海冰离散元模型
8.5.2 海冰单轴压缩强度和弯曲强度的数值计算
8.5.3 海冰与直立结构和锥体结构的离散单元模拟
8.6 小结
参考文献
第9章 海冰数值模型的工程应用
9.1 渤海潮流场数值计算
9.1.1 渤海潮流潮汐的浅水方程及差分格式的建立
9.1.2 初始和边界条件及计算稳定性
9.1.3 渤海潮流场计算输入条件
9.1.4 渤海潮流场计算
9.2 基于海冰数值模拟的海冰设计参数
9.2.1 渤海海冰设计参数的区划研究
9.2.2 基于局地海冰现场监测和数值模拟的海冰设计参数
9.3 基于海冰预测的冰害风险评估
9.3.1 海冰管理系统概况
9.3.2 基于局地海冰数值预报的海冰管理
9.3.3 基于现场监测的平台系统安全性能分析
9.3.4 冰害预防标准及防冰措施
9.4 锥体海洋平台结构的冰振响应分析
9.4.1 锥体结构的冰力计算
9.4.2 冰激海洋平台结构振动的有限元模型
9.4.3 平台结构的简化动力计算
9.4.4 锥体平台结构冰振响应的统计分析
9.4.5 海洋平台冰激响应分析的验证
9.5 工程海冰数值模拟和预测程序系统
9.5.1 工程海冰数值模拟和预测系统
9.5.2 工程海冰数值预测的应用
9.6 小结
参考文献
京公网安备 11010102004214号