江蘇科技大學冰區水動力學研究取得重要進展

作者:陳淑媛 單位:新聞網 瀏覽次數:1295 發布時間:2020-04-30 投稿單位: 外媒的新聞出處: 圖片: 攝影: 新聞欄目: 其他專欄: 圖集: 內容:

近日,流體力學領域頂級期刊《流體力學》(Journal of Fluid Mechanics)和計算流體力學領域著名期刊《計算物理》(Journal of Computational Physics)分別在線發表了江蘇科技大學李志富副教授為第一作者的冰區水動力學研究成果。

在國家自然科學基金項目(5170913151879123)等資助下,李志富博士及團隊相關人員完成了冰中裂紋對彎曲重力波場擾動的理論分析,完善了多種因素作用下的極地海冰演化預測模型,發展了冰區流場中浮式結構物水動力的半解析、半數值分析體系,對指導極地裝備優化設計具有重要價值。研究成果以“Wave diffraction by multiple arbitrary shaped cracks in an infinitely extended ice sheet of finite water depth”和“A hybrid method for linearized wave radiation and diffraction problem by a three dimensional floating structure in a polynya”為題,分別在線發表在《流體力學》和《計算物理》期刊上(論文鏈接:https://doi.org/10.1017/jfm.2020.238https://doi.org/10.1016/j.jcp.2020.109445),這是我校在該研究領域繼受邀“英國牛頓數學科學研究所(Isaac Newton Institute for Mathematical Sciences)”專場報告、流體力學領域頂級期刊(Journal of Fluid Mechanics在線發表、被流體力學領域著名期刊(Physics of Fluids)評選為Editor’s Pick后,取得的又一重大研究進展。

冰裂紋作為海冰斷裂的早期形態,其散射彎曲重力波場,將直接影響極地海冰的時空分布,相關理論探索始于19世紀末期著名數學家A.G. Greenhill教授的研究。然而該問題邊界條件中含待求量高階混合偏導數,且解在冰裂紋端點處含固有奇異性,目前國際上只有極少數的理論研究工作。國際著名地球物理學家V.A. Squire教授和水動力學家D.V. Evans教授都嘗試過解決該問題,目前僅能解決直線平行冰裂紋問題。我校科研團隊經過多年努力發展了解析與數值聯合分析方法,通過利用解析推導降低奇異性,并綜合利用邊界元與有限差分進行數值離散,可實現任意形狀與空間分布冰裂紋的研究。基于該模型,科研團隊同時發展了冰區浮式結構物水動力多子域匹配分析方法,突破了自由表面波與彎曲重力波耦合作用流場分析難題。

a)閉口冰裂紋             b)開口冰裂紋                   c)混合冰裂紋

擾動彎曲重力波能量分布特征圖示

目前,該科研團隊已經初步建立冰區水動力學理論體系,并發展了冰區波浪場與極地裝備水動力數值預報應用程序WISPICE,計算精度已獲得流體力學領域頂級期刊與計算流體力學領域著名期刊的學術認可。



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