一维水沙耦合模型参数敏感性分析——以2020年黄河下游洪水演进为例北大核心CSCD

一维水沙输移及河床冲淤模型中有较多理论上尚未解决的参数,而这些参数对一维模型精度的影响缺少定量分析。本文首先介绍了一维水沙耦合动力学模型,并将其应用于2020年汛期黄河下游的水沙过程模拟。计算结果表明:该模型能准确模拟水位和流量的变化,纳什效率系数基本大于0.85,均方根误差比相应的实测特征值小一个量级;计算沙峰虽然偏大,但计算的含沙量过程与实测过程整体符合,且模型计算的分河段冲淤量与断面地形法实测值较为接近。为分析模型中经验参数对模型计算结果的影响,以水文断面特征水沙参数的纳什效率系数作为目标函数,采用Sobol全局敏感性分析方法计算了各经验参数的敏感度指标。计算结果表明:糙率的总敏感度指标较高,是模型的高敏感参数;目标函数的选取对参数敏感度分析有一定影响,以含沙量纳什效率系数为目标函数时,挟沙力公式的系数及淤积时恢复饱和系数公式中指数的一阶敏感度和总敏感度指标较高;各参数组合对不同目标函数的影响差别较大,但对于同一目标函数存在影响作用相似的参数组合。全局敏感性分析方法刻画了模型参数的敏感性特征,有助于优化水沙数学模型参数取值。     

基于均匀设计的地下洞室群施工进度仿真多因素敏感性分析北大核心CSCD

施工进度是地下洞室群施工管理的关键。采用系统仿真方法对地下洞室群施工进度进行模拟时,参数繁多复杂,任何参数取值的微小变化都可能使进度发生改变,即进度波动的影响因素较多。以往的研究一般仅对为数不多的几个主要影响因素进行了敏感性分析,而地下洞室群施工进度仿真模型中存在多个扰动施工进度的因素,传统研究无法满足多因素分析的要求。因此,本文基于均匀试验设计,提出了地下洞室群施工进度仿真多因素敏感性分析方法,分析了各仿真参数对施工进度的影响程度,比较并筛选出对施工进度影响较大的敏感性因素。该方法应用于某水电站地下洞室群施工进度仿真模型中,结果表明:基于均匀设计的多因素敏感性分析,可以高效处理仿真参数较多的地下洞室群施工进度仿真模型的多因素敏感性分析问题,可以准确识别对施工进度影响显著的因素,为仿真与实际施工中参数取值的合理与优化提供科学依据。     

基于均匀设计的地下洞室群施工进度仿真多因素敏感性分析

施工进度是地下洞室群施工管理的关键。采用系统仿真方法对地下洞室群施工进度进行模拟时,参数繁多复杂,任何参数取值的微小变化都可能使进度发生改变,即进度波动的影响因素较多。以往的研究一般仅对为数不多的几个主要影响因素进行了敏感性分析,而地下洞室群施工进度仿真模型中存在多个扰动施工进度的因素,传统研究无法满足多因素分析的要求。因此,本文基于均匀试验设计,提出了地下洞室群施工进度仿真多因素敏感性分析方法,分析了各仿真参数对施工进度的影响程度,比较并筛选出对施工进度影响较大的敏感性因素。该方法应用于某水电站地下洞室群施工进度仿真模型中,结果表明:基于均匀设计的多因素敏感性分析,可以高效处理仿真参数较多的地下洞室群施工进度仿真模型的多因素敏感性分析问题,可以准确识别对施工进度影响显著的因素,为仿真与实际施工中参数取值的合理与优化提供科学依据。     

基于改进相变模型的重力热管传热特性数值模拟EI北大核心CSCD

基于改进相变模型和工质饱和蒸汽压关系式对重力热管相变传热过程进行数值模拟,通过与文献结果和该文实验数据的对比,分析了冷凝过程质量转换时间松弛因子(冷凝系数)和相变判据对模拟结果的影响。结果表明:通过对冷凝系数的优化促进了热管启动过程的热质平衡,合理控制冷凝系数的变化速率可显著降低计算域质量偏差,并提高管壁温度模拟精度;饱和温度对热管蒸发段壁面温度影响最大,对冷凝段壁面温度影响最小,同等条件下低于合理取值的饱和温度将导致更大的管壁温度模拟偏差;采用工质饱和蒸汽压关系式作为相变判据能获得合理的饱和温度,模拟结果与实验值具有良好的一致性;基于改进模型的数值模拟结果直观再现了热管内部相变传热传质过程。结果可为热管相变传热数值模型的优化改进提供指导,有助于加深对热管内部传热机理的认识。     

过程模拟法及其在唐山平原区地下水脆弱性评价中的应用

地下水脆弱性研究是近年来水文地质领域新兴的一个研究方向,也是当前研究的热点问题之一.本文应用过程模拟法,应用GIS技术,通过包气带岩性、土地利用、地下水埋深、土壤类型、肥料使用等8个基本条件,应用过程模拟模型LEACHM和MODFLOW与Monte-Carlo随机模拟相结合的方法,对包气带和饱和带进行联合的模拟,建立了基于过程模拟的唐山平原区地下水脆弱性评价系统,进行了地下水硝酸盐脆弱性的评价,最后利用实测的硝酸盐氮浓度进行了校核,取得了比较符合实际的评价成果.     

基于人机联合优化的SWAT模型参数率定方法研究

参数率定是水文模拟的重要环节,也是分布式模型研究中的难点问题。寻求一种收敛速度快、精度较高的参数率定方法,对提高模拟精度具有重要的意义。LGCPSO算法是一种可以更加有效地搜索全局最优解的优化方法,但使用过程中无法考虑参数的物理意义,参数取值可能不符合流域实际情况。本研究以西营河为例,采用人工试错法与LGCPSO算法联合率定SWAT模型参数,模拟流域的月径流过程和日径流过程。结果表明:人机联合优化方法和SCEUA算法计算得到效率系数Ens、相关系数R2和相对误差Re的结果接近,率定结果较稳定;采用人机联合优化方法率定参数后,月径流模拟过程的Ens和R2可达到0.8以上,日径流模拟过程的Ens和R2达到0.6以上,且模拟结果能较好地反映径流的实际变化趋势。因此,这种人机联合优化的率定方法具有一定的推广价值。     

定量评估参数不确定性传递对径流模拟的影响

水文模型是模拟流域水文过程的重要工具，其参数的不确定性降低了模拟精度。为了定量探究参数不确定性对径流模拟的影响，文章基于构建的子午河流域SWAT（soil and water assessment tool）模型，采用析因分析方差分解方法评估其影响。结果表明：不同流量下参数不确定性对径流模拟影响差异明显，低流量时参数不确定性影响大，高流量时其影响小；对水文响应最敏感的参数依次为主河道传输损失流量进入深层含水层的比例系数、主河道河床有效导水率和土壤饱和导水。主河道传输损失流量进入深层含水层的比例系数与土壤饱和导水率之间的交互作用，主河道河床有效导水率与土壤饱和导水率之间的交互作用对径流模拟影响显著。结果可为降低水文模型参数不确定性的影响提供参考。     

川中丘陵区小流域分布式水沙模型

以川中丘陵区的解家湾小流域为研究对象,将分布式水文模型与土壤侵蚀产沙模型嵌套,构建了解家湾分布式流域水沙模型。模型基于DEM将流域离散为＂坡面＋沟道＂系统,利用数理方程描述流域水沙过程,坡面单元模拟了降雨、截留、蒸散发、入渗、地表径流、壤中流和地下水、侵蚀产沙过程,沟道单元模拟了汇流演算以及泥沙输移过程。在解家湾小流域的率定和验证结果表明,模型结构合理,水文模块精度良好,侵蚀产沙模块令人满意。通过对不同工况下径流过程的模拟,对径流参数的敏感性进行了检验,表明饱和导水率是模型敏感参数,植被截留影响较小,土壤前期含水量影响壤中流。     

网格尺度及村庄糙率对滩区洪水演进模拟结果的影响

采用基于无结构三角网格的有限体积法,建立了模拟复杂滩区地形上漫滩洪水演进的二维水动力学模型。利用已有室内溃坝试验资料对模型进行了验证,所得计算结果与实测资料较为符合。最后采用该模型计算了黄河下游典型滩区洪水的演进过程,分析了不同网格尺度及村庄区域糙率取值对模拟结果的影响。结果表明:网格大小及糙率取值对模拟结果均存在不同程度的影响,计算区域中剖分的网格尺度并非越小越好,而是应保证与实测高程点的密度基本相适;村庄区域挖空或取不同糙率值对洪水演进影响显著,挖空工况下水深增加最大值为0.57m,曼宁糙率取值0.12时的水深比糙率取值0.06时大0.25 m,相应流速减小0.24 m/s。在实际工程计算中,村庄区域按照当量糙率处理方式更为合理,但具体取值应结合实测资料进行验证。     

基于PSSE的发电机饱和对低频振荡的影响

在电力系统分析过程中,通常采用近似的方式来计及发电机饱和的影响,一般通过额定电压和1.2倍的额定电压处的饱和系数这两个参数以一定的近似形式来计及饱和的影响。为了研究发电机饱和对低频振荡的影响,基于PSSE软件的发电机模型和参数的具体定义,通过对两区域四机系统进行小扰动稳定分析,并考虑不同的发电机饱和形式以及同一饱和形式下不同饱和系数情况下系统低频振荡的频率和阻尼的变化情况。研究表明,忽略发电机饱和的影响和计及发电机饱和的影响将会得到不同的结论,另外,在使用PSSE过程中,考虑发电机饱和时使用不同的饱和形式     

基于PSSE的发电机饱和对低频振荡的影响

在电力系统分析过程中,通常采用近似的方式来计及发电机饱和的影响,一般通过额定电压和1.2倍的额定电压处的饱和系数这两个参数以一定的近似形式来计及饱和的影响.为了研究发电机饱和对低频振荡的影响,基于PSSE软件的发电机模型和参数的具体定义,通过对两区域四机系统进行小扰动稳定分析,并考虑不同的发电机饱和形式以及同一饱和形式下不同饱和系数情况下系统低频振荡的频率和阻尼的变化情况.研究表明,忽略发电机饱和的影响和计及发电机饱和的影响将会得到不同的结论,另外,在使用PSSE过程中,考虑发电机饱和时使用不同的饱和形式得到的结论也不尽相同,同时,即使使用同一饱和形式,不同的饱和系数参数对低频振荡的频率和阻尼都有一定程度的影响.     

西龙池下库沥青混凝土面板堆石坝的应力变形分析

西龙池抽水蓄能电站下库大坝为沥青混凝土面板堆石坝，坝址地质地形条件复杂。本文采用沈珠江双屈服面模型和Burgers粘弹性模型分别模拟堆石材料和沥青混凝土材料的应力应变关系，对该坝进行二维及三维应力变形有限元分析。计算结果较合理地揭示该坝在施工和蓄水过程中的受力和变形性状。本文对面板计算参数进行了敏感性分析，重点研究覆盖层不均匀沉降对面板变形的影响，并对改善面板变形情况的工程措施进行了模拟计算和可行性分析。     

城市化下产汇流参数不确定性分析及洪涝模拟——以晋城市金村区为例

识别敏感参数，降低模型不确定性，是提高城市雨洪模拟结果科学性与准确性的重要步骤之一。本文以晋城市金村区为例，构建城市洪涝模拟模型，分别采用局部和全局方法识别敏感性参数，同时分析不同下垫面特征的参数敏感性。基于敏感性分析，模拟不同降雨情景和城市化进程中不同下垫面的洪涝特征值。结果表明：不透水区洼蓄量较敏感；降雨重现期增大，最大下渗率局部敏感性增强而全局敏感性减弱；硬化地面较多区域，不透水面相关参数较为敏感；不同区域洪涝特征值均随重现期的增大而增大；同一重现期下，特征指标值随城市化进程分布更加集中。本研究可以为城市分布式雨洪模型参数不确定性分析与洪涝特征响应分析，以及城市韧性提升提供一定的参考。     

基于时步有限元的永磁同步电机稳态参数改进计算方法

永磁电机的稳态电抗是其重要参数之一。针对永磁电机相对于异步电机结构复杂、饱和严重不均匀,局部饱和严重,难以使用磁路分析的方法准确地求得电抗参数的问题,本文以22kW样机为例,研究了负载运行时交叉饱和效应以及该效应对永磁感应电动势的影响,揭示了使用常规矢量图法测试电抗参数的不足。采用时步有限元方法计算了在负载饱和条件下由永磁体激励感应的有直、交轴分量的永磁电动势,得到改进的矢量图,提出了电抗参数的改进算法。结合使用常规矢量图法的实测数据,对比常规矢量图法和改进矢量图法的计算结果,说明改进矢量图法可以克服常规矢量图不足,提高计算的准确性。     

同步发电机d-q轴饱和特性曲线族

该文针对同步发电机的非正常运行条件，以理论分析和有限元计算相结合的方法，系统研究了合成磁场在空间的位置及励磁电流的大小对饱和特性的影响，提出了以功角和励磁电流标幺值为参数的饱和特性曲线族，并以300MW汽轮发电机和640MW水轮发电机为例，求出了相应的曲线族。按照所求得的曲线族，当功角较大或功角一定而励磁电流标幺值较大时，为产生一定大小的气隙电热Eδ所需的合成电流I∑的值，比按空载特性确定的值在极限情况下有可能要大40%。与实测对比表明，采用该文提出的新的饱和特性曲线族，可以更准确地分析同步发电机在非正常条件下的运行行为。     

基于FLAC3D 的斜锚短桩抗拔静载试验模拟桩岩接触面参数影响研究

斜锚短桩基础是一种主要应用于山区输电线路的新型输电塔基础,主要由短桩基础及锚杆结构组成,较传 统桩基础更具经济性和环保性,且应用范围更广,但国内外对其研究较少,在数值模拟分析中,桩Ｇ岩体接触面单元 参数难以准确取值.采用三维连续介质拉格朗日法有限差分软件(FLAC３D) 建立计算模型,控制改变接触面单元粘 聚力c、内摩擦角φ,以探究接触面单元参数对模拟计算结果的影响.结果表明:接触面单元黏聚力c 及内摩擦角φ 均 对计算结果有影响,其中黏聚力c 为主要因素.     

考虑交叉饱和影响的永磁同步电机稳态参数有限元分析

针对永磁电机相关控制策略及性能计算均需要准确地得到电感和磁链等稳态参数,而它们又受交叉饱和效应影响严重,常规方法无法准确计算的问题,以有限元为工具,分析了计算永磁磁链和直轴、交轴电枢反应电感的不同方法。研究了交叉饱和效应对永磁电机的直轴、交轴电枢反应电感的影响,提出由于交叉饱和效应导致的直轴交轴存在互感,以及直轴上的永磁磁势产生交轴磁通的问题。采用冻结单元磁导率的方法,将非线性场线性化,计算得到了稳态参数随直轴、交轴电流变化的趋势。通过对比,使用计算得到的稳态参数仿真结果和实际测试结果,在空载与负载条件下的吻合很好,证明了使用冻结磁导率法计算参数是可靠的。     

非预热条件下甲烷与丙烷无焰燃烧的实现及对比研究

无焰燃烧是一种低污染物排放的清洁燃烧技术,为研究非预热条件下不同燃料实现无焰燃烧的过程,采用实验与数值模拟相结合的方法,研究甲烷与丙烷非预热条件下无焰燃烧的实现条件,并在此基础上对比了2种燃料达到无焰燃烧时温度场与污染物变化。结果表明:2种燃料均可以在非预热条件下实现无焰燃烧,燃料为甲烷时炉膛内的工作温度需大于 1 123 K,燃料为丙烷时炉膛内的工作温度需大于923 K。当燃烧状态转变为无焰燃烧后,炉膛内温度分布均匀,甲烷无焰燃烧平均温度为1 148 K,丙烷无焰燃烧平均温度为1 243 K。甲烷与丙烷尾部烟气中CO与NOx排放量均低于20 mg/m3。对比实验结果与模拟结果发现,采用详细化学反应机理GRI-Mesh 3.0可以较好地模拟非预热条件下无焰燃烧。     

粗糙度对山地风电场影响的敏感性分析

以实际风电场地形为例,采用Meteodyn WT流体计算软件,模拟实际地形下的风场分布。模拟过程中,假设风电场在不同距离的或不同粗糙度长度等粗糙度条件,细化设置风电场粗糙度。模拟计算出不同情况下,粗糙度对风电场风速、发电量、最大入流角、湍流强度等因素的影响,分析对比其对风电场影响的敏感性。     

数字流域模型在长江上游龙河流域的应用

数字流域模型是当前水文领域研究的热点问题。本研究选取长江上游龙河小流域为研究对象,将数字流域模型应用于长江流域。首先利用ArcGIS软件提取河网信息,选取该流域1982年汛期的降雨及流量过程,采用基于因素分析的图解法对模型进行率定及验证。结果显示模拟的Nash系数达到0.965,洪峰相对误差在10%以内,表明该模型可以很好地模拟长江小流域产汇流过程。然后还对模型中涉及的几个重要参数进行敏感性分析,结果表明：土壤垂向饱和导水率主要影响峰值,二者成负相关;土壤初始含水量主要影响径流量,二者成正相关;田间持水量与峰值和径流量均成负相关;植被截留水量与峰值和径流量均成负相关;糙率主要影响峰型,与峰值成负相关。若要将率定后的数字流域模型应用到具体工程实践中,还需用近期实测数据对模型进一步进行验证。