基于内特性的离心泵启动过程动态建模

结合相似理论和泵机组动力学特性建立了离心泵启动过程的数学模型，并提供了整套启动计算方法，为离心泵的启动安全提供了有益的参考。     

太平水道悬移质输运数学模型

基于环境水动力学数学模型对太平水道悬移质输运进行了计算，计算中用水平方向上的曲线正交坐标与垂直方向上的Sigma坐标相结合以及三维数学模型二维化的方法。并且在模型中嵌入悬移质输运模块，从而建立了一个针对太平水道的水流泥沙数学模型。计算结果与实测结果比较表明：模型较好地重演太平水道潮流场以及悬移质输运过程，可以用于工程实际中的沿岸及受潮汐影响的水道潮流场及悬移质输运问题的计算。     

潮流河段温排水影响的平面二维数值模拟

 为研究电厂温排水对受纳水体的温升影响，基于无结构的三角形网格，采用有限元算法，建立了平面二维非恒定流温排水数学模型。该模型建立在非恒定水动力学模型基础上，考虑了源汇项的作用，因此能适应于各种恒定与非恒定河道水流中的温排水计算，并能适应于喇叭形和蘑菇头形等多种排水形式。该模型在多项电厂程温排水问题研究中得到了成功应用，以位于长江下游感潮河段中的南京马渡电厂为例进行了计算分析，并采用实体模型试验成果对数学模型计算结果进行了对比检验。开发研制了数学模型的后处理软件，实现了温排水运动过程的动态演示。     

溃坝洪水数值模拟

在已有溃坝洪水数学模型基础上建立的溃坝洪水计算模型，可对洪水由库尾向坝址的传播过程、溃坝洪水向下游的推进过程、溃坝洪水漫过堤防后在下游城镇内的淹没过程进行水动力学模拟．利用所建立的溃坝洪水计算模型，对某水电站大坝溃坝洪水在拟定的各工况下进行的坝下游洪水预测表明，溃坝历时、水库上游来流量及溃坝时不同的坝前水位是影响该模型计算结果的主要因素．     

长江口南支二维潮流数模及其在太仓围滩工程中的应用

首先，建立了适用于长江口南支河段的水深平均二维定潮流数学模型。然后，采用１９９４年８月３次实测潮流过程资料，对该数学模型的流场、潮位过程及流速过程进行了验证计算，计算表明：该数学模型能较好地模拟南支河段的潮流运动，数模方法及处理适当，证精度较高。最后，应用该数学模型计算了南支河段内仓围滩工程对防洪及流场的影响，为该围滩工程可行性研究提供了论证依据。     

离子交换水处理过程模拟研究

在研究离子交换反应平衡方程和二级反应动力学机理的基础上，建立了描述水处理过程中离子交换柱工作历程的数学模型，数学模型为二元一次偏微分方程组，采用Ｌａｐｌａｃｅ变换法求解。通过实验室内离子交换柱的工作实验，对数学模型进行了验证。利用数学模型，可以定量预测水处理过程中离子交换柱的工作历程，以及水处理程度与处理时间之间的关系。从而定量指导离子交换柱的单元操作。     

水击模型对水轮机调节系统过渡过程特性的影响

在计算水轮机调节系统动态特性时常采用刚性水击或弹性水击数学模型;本文分析比较了这两种数学模型,对水轮机调节系统动力学计算在过渡过程特性、稳定域、幅-相频率特性及水击值的影响。     

温室熵灌线土源土壤水分运动数值模拟

根据土壤水动力学理论，考虑西江柿根系吸水，建立了西红柿生长条件下温室地表滴灌剖面二维土壤水分运动的数学模型，采用ADI法和Gauess-Seidel法联合求解数学模型，并进行了数值模拟，结果表明，温室土壤水分负压的监测值与计算值有着较好的一致性，这对温室地表滴灌灌溉制度的制定具有一定的指导意义。     

温室滴灌线源土壤水分运动数值模拟

根据土壤水动力学理论，考虑西红柿根系吸水，建立了西红柿生长条件下温室地表滴灌剖面二维土壤水分运动的数学模型。采用ADI法和Gauess-Seidel法联合求解数学模型，并进行了数值模拟。结果表明，温室土壤水负压的监测值与计算值有着较好的一致性。这对温室地表滴灌灌溉制度的制定具有一定的指导意义。     

抢险大土包沉落特性研究

根据设计水流条件和抢险大土包的几何、材料特性，分析了大土包沉降过程与偏移机理，并对大土包进行了力学分析与动力学过程的研究，通过合理简化，导出了大土包横向偏移的计算公式。根据水槽概化试验的观测资料，确定了沉降计算的有关参数，建立了大土包沉降的计算数学模型。针对黄河一般的堵口水流特点及现实施工条件进行了多种情况下大土包抛掷沉降的摸拟计算，给出了大土包横向偏移与大河流速、水深以及断堤头坡度间的相关关系。     

水轮机蜗壳的优化设计与CFD分析

采用变速度矩法进行水轮机蜗壳的水力设计,在此基础上以变速度矩系数为设计变量,以蜗壳水力损失最小为目标函数建立数学模型,应用混合惩罚函数法针对实例进行优化设计,采用CFD数值模拟计算,将优化设计结果与传统设计结果进行比较分析,结果表明:采用变速度矩法设计的蜗壳尾端压力和水流流速都分布均匀,水力损失小,性能优越。     

KL展开在渗流场随机分析中的初步应用

 在水力特性参数空间变异性的影响下，渗流场具有一定程度的不确定性。分析了随机场KL展开的特点，阐述KLME渗流随机分析方法的基本原理，发现利用KL展开的均方收敛性和摄动方法的渐进收敛性，并将随机偏微分方程转化为递推的确定性偏微分方程组求解，提高了计算效率；对非饱和渗流场进行随机数值模拟，考虑了非饱和渗透函数的参数场之间不相关、正相关和负相关3种情形，分析表明参数场之间的互相关性对渗流场的统计特征具有较大影响。     

非平稳地震动的广义演变谱模型及在水工抗震中的应用

在平稳地震动过程的功率谱密度函数基础上,发展了一类时-频全非平稳地震动过程的广义演变谱模型。广义演变谱模型可以全面地反映地震动的时域特性和频域特性,如强度非平稳性、持续时间、地震动峰值加速度以及频率非平稳性、场地特性和反应谱。结合我国现行的水工建筑物抗震设计规范,确立了广义演变谱模型的参数取值。同时,应用非平稳随机过程模拟的谱表示-随机函数方法,建立了4类场地条件下的水工建筑物抗震设计所用地震动的代表性时程。最后,通过代表性时程的二阶统计值与目标值的比较,以及代表性时程的平均反应谱与规范反应谱的拟合误差,验证了广义演变谱模型的合理性和优越性。     

降雨入渗过程的水-气二相流模型研究

本文根据多孔介质中水、气的质量守恒定律，结合多相流理论，建立了求解饱和-非饱和渗流的水-气二相流数学模型，并采用积分形式的有限差分法和NewtonRaphson迭代方法进行数值求解，提出了各种边界条件，包括水相、气相和降雨入渗边界的数学处理方法。利用上述模型对土柱试验进行模拟，将计算结果与试验数据比较，验证了模型的正确性；然后对土质边坡降雨入渗过程进行计算，得到孔隙水压力、孔隙气压力和毛细压力的变化过程，其变化规律符合实际，实现了降雨入渗的水-气二相渗流过程，为定量研究空气阻力对入渗水流的影响提供有效途径。     

基于抽水试验的渗流问题摄动随机反演方法

针对地下水渗流随机参数反演问题，在正演随机模拟方法的基础上，结合非平稳随机过程变量的一阶Taylor展开式和随机参数的摄动方程，讨论了多随机参数反演问题，提出了基于抽水试验的渗流问题摄动随机反演方法，给出一阶均值反演准则，得到多随机变量的均值和方差的近似表示方法。该方法在计算均值时采用改进的遗传算法，在计算方差时采用分组统计的方法。最后给出了一个基于Thies模型反演导水系数和贮水系数的例子，计算结果表明，该方法可以较好的求取参数的均值，近似地求取参数方差。     

利用同一土柱测定土壤水分和保守性溶质运移参数

利用数学模型预测土壤水分和溶质运移过程的准确性取决于所涉及的水力参数和土壤溶质运移参数的可靠性和精度。目前由于实验系统和研究方法的限制，在测定水力参数和溶质运移参数时所采用的土壤样本不一致，产生了样本误差。本文建立了利用同一土壤样本测定水力参数和溶质运移参数方法，即首先进行水平一维入渗实验，待土壤饱和后改换为供溶液试验，测定土壤边界层随时间的变化过程从而计算出溶质运移参数。与传统的利用土壤溶质穿透曲线获得参数的方法比较表明，本文提出的方法是可行的。     

供水管网试验模型的构建方法

建立供水管网的试验模型,便于研究实际供水管网中的水力、水质问题。根据管流的变态水力模拟相似理论,建立了供水管网原型和试验模型主要参数间的关系,提出了构建供水管网试验模型的具体方法和步骤,并对某一供水管网进行了变态水力模拟。模拟结果表明,模型和原型的管道流量、流速、单位水头损失及水头损失的相对误差及其平均值均小于或等于0.01,且关联度均大于0.90,属一级精确等级,方法可靠。     

调水工程系统的水力控制仿真及参数的优化

本文将现代控制理论与数字仿真技术相结合，建立了包括管道、泵站及前池等明渠输水系统的水力控制状态模型，并运用神经网络理论对参数进行优化。在数字仿真平台上对所建立的调水工程全系统进行了动态仿真模拟，通过对实例的优化仿真模拟证明：该仿真模型对调水系统具有良好的调节和控制性能，实现了输水系统水力控制过程动态仿真的可视化；神经网络理论的应用也使系统参数得到优化。     

Optimal Groundwater Remediation Under Uncertainty Using Multi-objective Optimization

A methodology is developed for optimal remediation of groundwater aquifers under hydraulic conductivity uncertainty. A multi-objective management method based on a pump-and-treat remediation technology, is proposed. The pumping rates and well locations are the decision variables and two objectives are chosen: minimization of contaminated groundwater in the aquifer and minimization of remediation cost. A Monte Carlo simulation method is used to cope with hydraulic conductivity uncertainty. A number of equally probable realizations of hydraulic conductivity are created and a Pareto front is obtained using a modified multi-objective Genetic Algorithm. A penalty function is utilized to maintain the algebraic sum of pumping and recharging rates equal to zero. Since Monte Carlo simulations are CPU time consuming, a method is proposed to identify the few significant realizations which have an effect on the optimal solution (critical realizations). A Pareto front with an assigned probability is derived, so that the decision maker can make decisions with specified reliability. In a case study with 100 realizations, only 11 realizations were found critical and need be considered. The remaining 89 realizations consistently obtain low ranks for all designs considered and do not affect decisions at 95% reliability level. Thus these realizations need not be considered which implies a 89% savings in computer time. The designs obtained using the critical realizations, retain a similar reliability for new realizations not considered in the design process.     

OPTIMAL HYDRAULIC DESIGN AND CAD APPLICATIONS OF AXIAL FLOW HYDRAULIC TURBINE'S RUNNER

A method of the optimal hydraulic design and CAD application of runner blades of axial-flow hydraulic turbines are discussed on the basis of optimization principle and CAD technique in this paper. Based on the theory of fluid dynamics, the blade′s main geometrical parameter, working parameters and performances index of the blades and the relationship between them are analysed, and the mathematical model of optimal hydraulic design of axial-flow runners has been established. Through nonlinear programming, the problems can be solved. By making use of the calculation geometry and computer graphics, the distribution method of the singular points, and an CAD applied software, an optimal hydraulic design are presented.