海洋长期物质输运理论模型和数值模拟Ⅰ.理论模型

本文把海洋长期物质输运效果看作是涡闭运动、潮波运动和大环流三类机制共同作用的总和，寻找潮波 定常为描述潮波对海洋长期物质输运的效果，同时认为涡团运动主要是潮波运动的空间不均匀造成的。提出了潮流二阶相关的概念，延拓了湍流二阶闭全的理论。建立了基于潮流二阶闭合的海洋长期物质输运动力学方程。在典型海区进行了数值模拟，通过模拟的结果匀验充二阶闭合的因子。     

曲线坐标下三维水动力学生态综合模型的建立

为了获得高分辨率、高精度及快速的数值模拟计算成果，以便解决复杂边界的工程实际问题，本文研究了通用形式表示的湍流代数应力模型流动基本方程组在拟合坐标系中的转换。通过该模型方程组的转换，并结合具有生物化学作用过程的生态子模型，建立了曲线坐标下三维水动力学的生态综合模型，便于复杂边界工程问题的方程组求解及对未来情况的预测和评价。     

海洋长期物质输运理论模型和数值模拟I·理论模型

本文把海洋长期物质输运效果看作是涡团运动、潮波运动和大洋环流三类机制共同作用的总和。寻找潮波运动的定常参量来描述潮波对海洋长期物质输运的效果,同时认为涡团运动主要是潮波运动的空间不均匀造成的。提出了潮流二阶相关的概念,延拓了湍流二阶闭合的理论。建立了基于潮流二阶闭合的海洋长期物质输运动力学方程,在典型海区中进行了数值模拟。通过模拟的结果校验潮流二阶闭合的因子。     

湍流准相似性理论及其在矩形渠道流场中的应用

本文根据准相似性理论，对渠道湍充场，采用奇阶截断和逐级逼近的方法，对连续性方程、平均运动方程和忽略三阶关联项的二阶脉动速度关联方程进行了求解，得到和实验结果吻合的平均速度，二阶脉动速度关联项和湍流微尺度的计算结果。     

热分层流动计算中若干差分格式的比较

本文应用常规的守恒方程及湍流模型，对二维池内热分层流动建立了数学模型，并在Ｐａｔａｎｋａｒ的压力校正法基础上对该数学模型进行了数值计算，计算中的差分格式为乘方格式、一阶迎风、二阶迎风和ＱＵＩＣＫ。通过与实验的比较分析，建议计算应采用ＱＵＩＣＫ格式，并在进行风格独立性试验的基础上使用加密网络。     

各向异性k—ε模型研究

本文放弃湍流粘性假设，直接从雷诺应力输动方程推导出雷诺应力显式表式。利用这个表达工重新构造动量方程，引入各向异性ｋ方程和ε方程，建立了新的湍流数学模型－各向异性ｋ－ε模型。利用实验结果和后台阶流场计算结果验证表明：这个雷诺应力表达式大大优于湍流粘性凤，由此建立的各向异性ｋ－ε模型不仅能够准确地模拟复杂流场的速度，而且能够成功地反映流场的湍动能，雷诺应力等湍流特征量，对回流区长度的模拟也非常成功。     

水涡轮机械中的湍流固—液两相流动及磨损研究

导出了固体颗粒在任意流场中运动的Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ方程对此方程进行线性化，并求出了其颗粒运动方程的解析通解。使用颗粒运动方程数值求解和分析稀疏颗粒湍流场中固体颗粒的运动。建立了湍流固－液两相液的Ｋ－ε双方湍流模型，体积分数流模型，Ｅｕｎｌｅｒｉａｎ－Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ混合湍流模型以及颗粒磨损模型，利用这些模型对一些水涡轮机械过流通道内的流动及固壁磨损进行了模拟，其预测结果与实验结果较为一致。     

水轮机内部三维湍流计算方法概述

阐述了水轮机内部三维流动计算的控制方程及其解法,并介绍了常用商业软件CFD。指出在湍流的数值计算方法中,直接模拟法无需对湍流流动做任何简化或近似,理论上可以得到相对准确的计算结果;大涡模拟法处理实际工程问题时计算过程太过复杂;雷诺时均方程法将非稳态的N-S方程对时间作平均,可求解工程中的时均量;水轮机内部湍流计算正朝着全三维、小尺度、瞬时化方向发展。     

用两相流模型模拟混流式水轮机内空化流动

本文采用两相流中两流体模型模拟混流式水轮机转轮内三维湍流空化流场, 基于两相流中两流体模型的理论和方程, 推导了水轮机转轮中空化两相流的两流体基本方程, 并利用k-ε-kp两相湍流模型计算水轮机转轮中三维空化两相湍流. 计算结果包括了液相和空泡相的主要流动特征, 模拟结果可初步预测流体机械空化性能, 缩短模型试验周期.     

曲线坐标下平面二维水流计算的代数应力湍流模型

本文对浅水流动的控制方程进行坐标变换，导出了非正交曲线坐标下平面二维水流计算的代数应力模型公式，建立了非正交曲线坐标下平面二维水流计算的代数应力湍流模型。采用实验室连续弯道进行流场验证，给出了速度场、湍流动能、湍流动能耗散率和各应力的分布图，比较了本模型与k-ε模型的湍流动能和湍流动能耗散率在各断面上的分布，结果显示了本模型定量上的正确性。     

2-ORDER TURBULENCE CLOSURE PLANKTON ECOSYSTEM DYNAMICS MODEL AND ITS APPLICATION

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＯｎｃｅ ｐｅｏｐｌｅｂｒｏｋｅｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｅｃｏｌｏｇｙｔｏｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｓｔａｔｉｃｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｂｉｏｌｏｇｙａｎｄｉｔｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄｃａｍｅａｂｏｕｔｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｉｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｉｎｖｉｅｗｏｆｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｄｙｎａｍｉｃｓ,ｅｃｏｓｙｓ ｔｅｍｄｙｎａｍｉｃｓｇａｉｎｅｄｗｉｄｅ…     

Flow and transport simulation of Madeira River using three depth-averaged two-equation turbulence closure models

This paper describes a numerical simulation in the Amazon water system, aiming to develop a quasi-three-dimensional numerical tool for refined modeling of turbulent flow and passive transport of mass in natural waters. Three depth-averaged two-equation turbulence closure models, , , and , were used to close the non-simplified quasi-three-dimensional hydrodynamic fundamental governing equations. The discretized equations were solved with the advanced multi-grid iterative method using non-orthogonal body-fitted coarse and fine grids with collocated variable arrangement. Except for steady flow computation, the processes of contaminant inpouring and plume development at the beginning of discharge, caused by a side-discharge of a tributary, have also been numerically investigated. The three depth-averaged two-equation closure models are all suitable for modeling strong mixing turbulence. The newly established turbulence models such as the model, with a higher order of magnitude of the turbulence parameter, provide a possibility for improving computational precision.     

非牛顿流体的黏弹性对气泡溃灭的影响

气穴现象广泛存在于工程机械中。为了研究了壁面附近气泡的黏弹性对固体壁面的影响情况,以5%的聚丙烯酰胺(PAM)的水溶液为例,建立了数学模型和控制方程,并采用边界积分法求解控制方程,利用三次样条函数描绘了气泡表面。同时还探讨了气泡摆动、气泡喷射位置、流体对气泡喷射速度的扰动等气泡动力学现象。研究结果表明,黏弹性可以抑制射流的形成,进而减轻汽蚀。     

对二维翼空化流动的数值模拟

应用二维不可压缩N-S方程结合改进VOF空化模型模拟了NACA66二维翼的空化流动.数值计算中采用SST k-ω湍流模型计算了不同空泡数下定常稳态空化发生时水翼吸力面的压力分布,并与实验结果进行对比,发现空化末端压力梯度计算值明显大于实验值,而且压力有明显突增,通过修正空化模型中的经验参数较好地解决了这个问题.应用SST-SAS湍流模型及修正的经验参数较好地模拟了低空泡数时非定常云空泡的脱落现象,该数值方法对非稳态空化的发展,脱落过程及其频率的预报结果与实验结果吻合良好.     

NUMERICAL SIMULATIONS OF WATER WAVE DYNAMICS BASED ON SPH METHODS

A numerical model was established for simulating water wave dynamic problems by adopting the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) methods of iterative solution of Poisson's equation for pressure field, and meanwhile the sub-grid turbulence model was applied in the simulation so as to more accurately describe the turbulence characteristics at the time of wave breaking. In this article, simulation of the problem of the dam collapsing verifies the compoting accuracy of this method, and its results can be identical with the results of VOF method and the experimental results by comparison. Numerical simulations of the course of solitary wave and cnoidal wave run-up breaking on beaches were conducted, and the results are basically consistent with experimental results. This indicates that the SPH method is effective for the numerical simulation of the complex problems of water wave dynamics.     

三维水动力泥沙输移模型及其在珠江口的应用

为研究河口的泥沙输移规律和最大浑浊带与盐水入侵、咸淡水混合等的关系，本文提出了具有二阶精度、建立在9结点有限单元上的三维水动力及泥沙输移模型，该模型考虑了由水平密度梯度引起的斜压项、引用2．5阶Mellor-Yamada紊流模型耦合计算水流的涡动黏滞性系数与物质的紊动扩散系数。本模型采用破开算子法求解控制方程：用欧拉-拉格朗日法求解水平对流项；用有限元法求解水平扩散项；有限差分法求解垂向扩散项。模型应用于模拟珠江口的泥沙运动，计算域包括整个河口的八大口门，用1998年7月的洪季大潮实测资料进行了潮位、流速及流向、盐度及含沙量等的验证，模型计算结果与实测结果吻合良好。在模型验证的基础上，文中简要讨论了珠江河口的泥沙输移、盐水入侵及最大浑浊带等物理现象。     

悬移质泥沙输移扩散方程适用条件的讨论

悬移质泥沙的输移扩散是泥沙运动力学的基础问题之一,学者们基于不同理论对其运动规律开展了深入研究。基于已有研究,本文主要讨论了不同理论下扩散方程的适用条件。研究结果表明,传统的Rouse扩散方程及其修正式仅适用于泥沙浓度较低、颗粒惯性小至可忽略的条件;两相流理论下的扩散方程由于未考虑颗粒惯性效应,同样只适用于浓度较低、颗粒较小的条件;近期Snehasis Kundul和Koeli Ghoshal基于漂移速度建立的扩散方程由于考虑了升力、颗粒惯性等因素对悬移质分布的影响,使其适用范围相应变大,但在确定泥沙扩散系数上仍然采用的是经验公式,应用上会受到实验资料的限制。基于动理学理论的扩散模型包括基于PDF方程的扩散方程和弥散方程。两个模型中,除了重力沉降和紊流扩散作用外,由于考虑了升力、颗粒紊动、颗粒惯性等影响因素,其在浓度较高、颗粒惯性较大时仍适用,具有普适性。尤其是弥散方程,能够反映颗粒浓度、颗粒紊动、颗粒碰撞等不同机制对泥沙悬浮的影响,全面阐释了悬移质泥沙扩散背后的力学机理。     

黄河下游突发性污染事件数值模拟

建立黄河下游一维非恒定流水动力学数学模型,并在此基础上建立一维水质模型,采用有限体积法(TVD格式)离散基本方程,通过时间二阶之预测-校正二步格式对离散方程进行求解。该求解方法具有守恒性好、算法简单、通用性强,在预测一般洪水及溃坝洪水波演进方面有较好的实用性,并能对黄河下游突发性污染事件进行初步模拟。