海洋流体环境中的小型海洋浮游生物在壁面边界层质量传递机理研究

The purpose of this proposal is to investigate the diffusion and transformation mechanism of marine micro-plankton in the near-wall region due to physical or biological factors and the physical factors refer to the marine fluid condition and the biological factors refer to the chemical cues. The fundamental research of micro-plankton diffusion in steady flow will carry out in the influences of Phototaxis, thermotaxis and chemical cues by means of the experimental approaches and numerical simulation methods , and theoretical description for micro-plankton diffusion is expected to be enriched in biomass transformation behavior by the classical fluid dynamics and mass transfer. The effects of micro-plankton shape change and transient self-pulsation on the flow around them and their transformation in the flow will be studied, therefore, the theory expression for the interaction between the micro-plankton body motion and their induced fluctuating velocity field is expected to be obtained. Combination of boundary layer theory, the descendent and transformation behaviors of micro-plankton in the near wall region will carry out combined with boundary layer theory and the results will be helpful for the techniques of marine engineering equipment.

课题以典型小型海洋浮游生物在不同的海洋流体条件和生物的物理-化学踪迹作用条件下，开展在近壁面区域由于物理或生物因素引发的扩散和迁移机理的研究。采用试验和数值模拟的方法对小型浮游生物的趋光、趋热和化学踪迹作用下的扩散机理进行研究，解决经典流体力学和传质学在处理流体中生物质迁移行为的理论缺陷。研究小型浮游生物的外形变化和存在的瞬时自主脉动对流场的作用和由此对输运的影响，给出浮游生物体与脉动速度场交互作用的理论表达。结合边界层理论，研究小型浮游生物在壁面附近的运动、质迁移和沉淀规律，为解决浮游生物在浸海工程设备的附着问题的技术研究提供理论参考.

课题以典型小型海洋浮游生物在不同的海洋流体条件和生物的物理-化学踪迹作用条件下，开展在近壁面区域由于物理或生物因素引发的扩散和迁移机理的研究。针对小型浮游生物的典型外形、外形变化和表面微气泡对流场的作用以及由此对输运的影响进行研究，给出浮游生物体与脉动速度场交互作用的理论表达式与流体的相互作用特性，解决经典流体力学和传质学在处理流体中生物质迁移行为的理论缺陷。理论和实验研究表明颗粒表面驻留的微气泡在固液两相流中可以提高边界层的速度，通过国际合作，提出一种针对浮式OTEC系统压载水舱的沉积物沉积清理系统，通过对舱底沉积物的水流冲刷，在避免沉积物的板结对压载水舱产生影响的基础上对压载水舱底部沉积物进行及时的清理。采用激光三维全息测量的方法观测在不同条件下小型浮游生物的形态变化和自主运动时与流场相互作用关系和扩散的基本特征，分别进行趋光、趋热和化学踪迹作用下的小型浮游生物扩散过程的实验研究结合边界层理论，研究小型浮游生物在壁面附近的运动、质迁移和沉淀规律，为进一步解决浮游生物在浸海工程设备的附着问题的技术研究提供理论参考。课题取得的主要成果包括：申请了发明专利；在国际学术期刊《Applied Thermal Engineering》和《Energy Conversion and Management》上发表多篇原理和试验研究论文 ；在国际学术期刊《 Ocean Engineering》上发表关于迁移屋表面微气泡对流动阻力影响的研究论文。培养博士生、硕士生14名。在课题成果基础上，正在进一步开展的研究工作主要包括：场协迁移五同下的仿生颗粒物输运，表面微气泡对小型浮游生物运动姿态影响以及海洋工程结构表面附着物检测系统的开发。