在自然界中,广泛地存在着海洋深层水持续垂直向上的运动,即上升流现象。上升流的存在为海洋食物链增加了产能,产生了世界海洋的新工厂。受到自然界上升流现象的启示,人们想到通过放置人工系统的手段,引起海水自海底到海面流动的方法,即为海洋人工上升流技术。为了驱动人工上升流,国内外研发了多种相关装置,其中利用波浪能和海流能的装置较为方便和节能。但是,大部分波浪能和海流能引起人工上升流装置都存在着两个问题:一是带来的上升流效率较小,难以在大尺度上对海洋环境产生影响,也难以收回制造和布放装置的成本;二是装置在进行实地海试时往往在短时间内被严重破坏,造成实验不理想甚至实验失败。如何设计可靠的人工上升流引致的方案,尽可能利用海洋自然能量、不增加额外成本,并优化装置参数使之适用于海洋,是人工上升流领域的重要问题之一。本论文提出了一种利用海洋自身动能源源不断产生人工上升流的方法,不需要额外能源,且装置简单、成本低廉,容易大规模布放。本论文立足于对波浪和海流运动驱动的人工上升流理论的研究。区别于现有的各种人工上升流技术方法,以及各种波浪和海流的装置的是,本论文通过水波动力学的分析方法,将利用微振幅波的非线性特性引致水头差作为驱动力的思想应用于人工上升流工程领域,并对该人工上升流水头差进行定量的研究,为增加引致人工上升流的动力水头提供了一个新的思路。本论文基于微振幅波基本方程和伯努利方程进行建模,通过计算表明,在有波浪和海流的深水中,存在着能够引致上升流的动力水头差,且借助浮子式引致上升流装置,该水头差如果能够克服来自海况条件的外部阻力和来自浮子-管体系统的内部阻力,则可以作为动力引致人工上升流的产生。论文各章内容分述如下:第一章在调研查阅了国内外相关文献的基础上,论述了人工上升流技术研究的背景、目的和意义;介绍了国内外各种人工上升流技术的研究进展及取得的成果;介绍了相关的波浪和海流装置;总结了当前人工上升流技术研究方面的一些热点技术和存在的问题,以及本论文的主要研究内容。第二章对波浪/海流引致人工上升流理论进行了理论研究。波浪/海流引致人工上升流理论是一种基于波浪力学基础理论,以波浪和海流的运动作为动力驱动人工上升流的方法。本章改进和拓展了关于微振幅波的平均水位(mean water level)理论计算,使之应用于人工上升流。第三章主要讨论波浪/海流引致人工上升流技术水槽实验的过程与结果。实验分为固定装置实验和浮子装置实验两部分,以后者为主,并分成单独造流实验、单独造波实验和波流耦合实验三部分分别进行,验证了第二章理论模型在水槽中的可行性。第四章主要从管体的优化和浮子的优化两个角度讨论了如何选结构参数使波浪/海流引致人工上升流的效果发挥得更好,运用到的分析方法主要包括利用MATLAB实现的受力分析、利用Flow 3D和Fluent进行的CFD仿真,以及参考部分水槽实验和现场实验为参考。第五章主要讨论浮子系统在海洋中工作时影响波浪、海流引致人工上升流效率的外部因素和内部因素,并据此预测了一些典型实际海况中的提升效率。第六章对本论文的研究工作及成果进行了归纳总结,并指出本论文今后进一步的工作内容与研究方向。本论文的主要创新点包括:1.系统性地研究了波浪运动产生人工上升流水头差的水动力学机制,并开展了波浪产生人工上升流装置的设计研究。2.通过理论证明,波浪运动引起的动力水头差在深水中存在,且通过计算和实验量化地表明,其能够被利用以作为引致人工上升流的动力。通过推算波浪和海流的耦合机制,将波浪引致人工上升流扩展到波浪和海流共同作用引致人工上升流,推算出波浪和海流的耦合机制,并用系列水槽实验验证了这种非简单线性叠加的耦合效果。3.对浮子系统应用于波浪/海流引致人工上升流技术进行了初步优化,对波浪/海流引致人工上升流的内外影响因素进行了分析,并结合海洋条件和系统结构,对特定海域下的引致上升流效率做出了初步预测。