杭嘉湖一维河网水量水质联合数学模型及应用

建立了能模拟杭嘉湖地区的一维河网水量水质联合数学模型，模型共选用了30个外部边界、100余个内部边界和2个全局边界，以此来控制和体现杭嘉湖地区河网的水体流动及水质变化情况。模型计算分为验证计算和方案计算2种情况，由于计算目的不同，在计算边界的选择上也有所区别。从选择的2005年长兴(二)等11个水位站点、杨家埠等5个流量站点和杭长桥等9个水质站点的实测值和模型计算值的比较情况来看，所建立的杭嘉湖一维河网水环境数学模型较好地反映了杭嘉湖地区的水流运动状况和水质变化情况，表明本模型所选择的参数基本合理，模型系统可以用于对工程方案实施后河网水质变化的预测分析。     

三维非稳定温度场的p型A适应有限元分析

自适应是降低有限元计算结果对网格依赖性的有效途径，基于p型有限元法建立了三维非稳定温度场的自适应分析方法，自适应的策略采用单元升阶法，误差估计方法取温度的高阶计算值作为精确解的“最佳估计”。通过三维混凝土板算例，研究了绝热温升和放热系数、模型尺寸、计算时步长度、边界温差对计算误差和单元阶次的影响。结果表明：在边界温差不大时，绝热温升比表面放热系数对计算误差影响更大；在高阶计算中小尺寸模型比大尺寸模型误差明显减小；计算时步长的变化反映了温度场的时间梯度，越大的时步长需越高的计算阶数；模型边界的温差变化表现了温度场的空间梯度，越大的边界温差需越高的计算阶数。     

二维流冰消融数学模型

本文采用水深平均κ－ε以方程紊流模型与流冰扩流体模型首次推出了适合于天然实际工程水域复杂条件的紊流流冰消融数学模型。模型还利用离散型动态边界拟合坐标变换系统以适应天然水域的不规则边界与复杂流态，对天然流场中常出现的露滩、断流、动态水边界及几何曲率影响等特殊数值计算问题的处理颇有实效，具有较大的实用价值。本文以丹东电厂温排水缓冰工程为例验证了数学模型。     

河道温度及浓度场的平面二维数值模拟

 立了河道水流、温度及浓度输运的水深平均平面二维数值模拟模型，由模拟水流、温度及浓度和紊流3个子模型组成。该模型在计算定解条件 模型参系数取值、河道岸边界和动边界模拟以及水流自动调整计算思想等方面进行了适用可行的处理。应用该模型进行了试验室空腔水槽温度和含沙量场以及长江口南支河段温排水及盐水入侵的数值模拟计算，证明了模型的可行性和适用性。     

三维非稳定温度场的p型自适应有限元分析

 自适应是降低有限元计算结果对网格依赖性的有效途径，基于p型有限元法建立了三维非稳定温度场的自适应分析方法，自适应的策略采用单元升阶法，误差估计方法取温度的高阶计算值作为精确解的“最佳估计”。通过三维混凝土板算例，研究了绝热温升和放热系数、模型尺寸、计算时步长度、边界温差对计算误差和单元阶次的影响。结果表明：在边界温差不大时，绝热温升比表面放热系数对计算误差影响更大；在高阶计算中小尺寸模型比大尺寸模型误差明显减小；计算时步长的变化反映了温度场的时间梯度，越大的时步长需越高的计算阶数；模型边界的温差变化表现了温度场的空间梯度，越大的边界温差需越高的计算阶数。     

拱坝地震输入模型中黏弹性边界与黏性边界的比较

本文首先介绍了动力分析中无限地基数值模拟采用的各种方法，包括无穷元方法、边界元方法、无穷边界元方法。无限边界处理有叠加边界、黏性边界、黏弹性边界和人工透射边界。介绍了拱坝地震自由场输入模型。通过算例和实际工程计算，验证了黏性边界和黏弹性边界均有较好的吸能效果，且两种边界条件下，所得计算结果几乎一致。黏性边界或黏弹性边界均可作为拱坝地震自由场输入模型中的吸能边界。     

窄缝法在二维边界变动水域计算中的应用

本文根据在床底人为设置窄缝的设想,对二维不恒定流计算中由于水位变动而造成的计算域相应变动的问题进行了处理,结合破开算子法,提出了具有动边界功能的计算二维不恒定流动的一种新模式。该模式解决了用固定边界模拟变动边界的问题,并具有良好的稳定性和计算精度,计算实例表明:本模型与一般固定边界的模型相比,所增加的计算量不多,而大大改善了滩地水流的模拟。     

管系水力计算中短管处理的一种方法

短管在水电站、泵站等引水、输水管系中普遍存在,采用特征线法计算有压管道系统瞬变流时,为了满足计算收敛和稳定性,计算时间步长受最短管的限制,导致计算耗时较长。采用集中惯性元件模型对管道刚性化处理,可以解决计算耗时的问题,但破坏了相邻节点求解的独立性,给管系中相关边界的处理带来麻烦。结合刚性模型求解在耗时上的经济性和弹性模型在边界模型处理时的方便性,构建了短管相容性求解模型。在不降低计算精度的情况下,使得刚性部分仍可采用弹性模型求解,有助于复杂管系求解模型的通用化和标准化,方便求解程序的编写与维护。     

分型算法在二维非恒定流的数值模拟中的应用

采用分型算法求解水流运动的二维浅水方程，采用“动边界”技术追踪在非恒定流时因水位的变化而引志的计算区域边界的变化，建立了天然延晨恒定流的数学模型，通过实例计算说明，本模型对河口湖泊等一类宽阔水域流场的计算非常有效，能够满足实际工程的需要。     

基于两类横缝接触模型的拱坝非线性动力响应研究

本文基于主、从接触面的接触边界方法，采用限制接触面切向滑移的弹簧单元，模拟切向完全约束的高拱坝横缝在地震动荷载作用下张开、闭合的非线性力学行为，并应用有限元隐式迭代方法求解结构的动力响应。为了适应拱坝计算，文中对基于接触边界的ABAQUS模型进行了功能扩展，包括引入弹簧单元约束切向滑移、嵌入有限元库水附加质量等。通过讨论接触边界与接触单元模型的有限单元格式，比较了两类接触模型的特点。分别采用该模型与基于接触单元法的ADAm88模型模拟某拱坝的动力响应，两者得到了基本一致的规律：结点位移与横缝开度吻合良好，动位移与开度时程反映出相同的动力响应周期，二者都反映出横缝张开引起的拱向拉应力释放和梁向应力的增加。通过计算验证了ABAQUS模型在拱坝动力计算方面的适用性，说明该模型适合作为一个扩展平台嵌入其他的本构、边界模型以全面模拟实际拱坝的动力特性。     

潮流数值模拟中动边界处理方法研究

论文提出了一种新的干湿判断方法来处理潮流数值模拟中潮间带上的动边界问题。文中的干湿判断方法主要是通过显式求解所得的“预估水深”和流速方向确定单元边的干湿状态。干湿判断过程中不仅考虑到水位对干湿状态的影响，而且包含了流速、流向和风应力等因素；判断过程不必分成“干”判断和“湿”判断两步进行。对三个测试算例进行了干湿判断模拟，模拟结果显示：干湿判断方法无明显的数值振荡，模拟结果的水面光滑；可以较准确的估计浅水处水体的蓄留能力，能保证干单元的水深均小于门限水深且为有限的正值；可以较准确的模拟潮间带上的动边界问题。     

往复流作用下悬移质泥沙运动规律的数值研究

本文从水沙两相紊流的双流体数学模型出发,采用直接数值计算的方法,研究了海床面附近边界层内往复流对悬移质泥沙运动的影响。研究方法的有效性通过典型问题的流速分布、紊动能量分布以及泥沙浓度分布的计算结果和实验观测结果的比较得到了良好的验证。本研究还探讨了往复流条件下各类相间作用力的时空变化规律及其对悬移质泥沙运动的影响。     

THE LONG WAVE OSCILLATIONS IN HARBORS WITH ABSORBING BOUNDARY CONDITIONS

This paper employs finite element method to solve shallow water equations withabsorbing boundary conditions(the third kind,mixed boundary conditions).It is of practicalimportance in the cases that the land boundaries of the coastal area are made of porous mediumallowing sea water flow in or out.The absorbing boundary conditions are treated as naturalboundary conditions in wave equation finite element model.The numerical results for rectangu-lar and quarterly annular harbors indicate that the numerical solutions agree very well with ana-lytic solutions,which are also given in this paper.It is found that the land boundary absorbabili-ty may be significant to long wave oscillations,such as tidal waves in coastal harbors.     

深圳河引水冲污的优化研究

从潮差保证率的角度，选择典型潮型作为深圳河海区边界条件，利用沿深平均二维水动力有限元数学模型和多媒体技术，对典型断面的质点运动轨迹进行追踪，分析不同流量与潮型组合时的冲污效果，通过不同流量与潮位过程的组合研究，达到优化去污成本的目的。     

COMPUTATIONAL RESEARCH ON WAVE MAKING OF MOVING WIGLEY HULL IN TIME DOMAIN

Based on Green＇s theorem, a time domain numerical model was constructed to simulate wave making phenomenon caused by a moving ship. In this article, the Rankine sources and dipoles were placed on boundary surfaces （i.e., the ship surface and free surface）, and a time-stepping scheme was employed. Its unique characteristic is that steady state can be realized from initial value by employing the time-stepping scheme and unsteady free surface conditions. In time domain, if the results of unsteady flow problem tend to data stabilization after many time steps of computation, they could be regarded as the data of steady ones. This model could be employed to steady or unsteady problems. Theoretical reasoning and computational process of this method was described in detail The linear and nonlinear boundary conditions on body surface were studied, and the relative means to realize these boundary conditions in iterative computation were also discussed. Some proper parameters about the model of the Wigley hull were determined by many numerical tests, and their influences on wave making resistance and wave pattern were discussed. According to the comparison between numerical results and data available in relative references, the method used in this work is proven to be a reliable method in time domain. And the lattice reorganization in every time step computation is a feasible numerical approach.     

基于非结构网格的长江口二维三维嵌套潮流数值模拟

三维数学模型多应用于局部水域,无法模拟模型周边的大范围流场.为解决此问题,基于非结构网格有限体积法,建立了长江口二维三维潮流嵌套数学模型.模型嵌套边界采用近似处理方法,假设嵌套边界处网格单元分层水平流速服从多项式分布,该处理方法嵌套边界处的三维计算存在一定误差.将模型应用于长江口大范围水域潮流模拟计算.结果表明,潮位及二维三维潮流验证良好,计算精度满足规范要求,这说明该方法能够模拟大范围水域的二维及三维潮流运动.     

基于FLUENT的小尺度粗糙明渠紊流数值模拟

采用计算流体动力学软件FLUENT 对一小尺度粗糙明渠紊流进行数值模拟研究,得到了不同水深的垂向流速分布、壁面切应力以及摩阻流速值,并将数值计算结果与物理模型实验结果作了比较,发现两者符合得较好,从而验证了FLUENT 用于计算小尺度粗糙明渠紊流的有效性.由于计算机性能的限制,无法得到粘性底层和过渡层的"真实"流速分布,有待今后进一步研究.     

水动力模型在平原感潮河网地区的研究与应用

根据平原感潮河网的水力特性，研究复杂河网非恒定流计算问题，利用圣维南方程组、节点连续方程及边界条件建立了水动力数学混合模型。将模型应用于宁波市鄞东南水系的河网计算，并利用2005年“麦莎”台风实测水文资料对模型做了检验。验证结果表明，建立的水动力数学模型是可行的，可以用于平原感潮河网地区的水力计算。     

三峡工程引航道通航水流数值模拟应用研究

采用二维非恒定流数学模型,模拟了三峡工程上游和下游引航道在不同布置方案和各种枢纽运行方式下的引航道内非恒定水流.研究了坐标变换、网格划分、数值离散、动水边界及干床处理、计算成果可视化等关键技术,提出了处理方法.计算表明该数学模型稳定性好、收敛快、精度高;计算成果与模型试验成果较为吻合.     

基于任意形状网格和精确几何边界的数值计算

有限元网格形状要尽可能规则,网格之间必须通过结点连接,这些要求给复杂形状求解域的数值计算带来很大的前处理工作负担,而且实际的曲线边界一般要离散成有限单元能够描述的形式,难以模拟CAD模型的精确几何。针对这些问题,基于独立覆盖流形法提出任意形状且任意连接的覆盖网格,在CAE分析中模拟CAD模型的精确几何边界及其边界条件:将求解域划分为可包含曲线边的任意形状的块体网格,可以采用单纯形解析积分和数值积分2种方式进行块体积分;仅需在积分过程中考虑块体之间的窄条形(包括曲线条)的覆盖重叠区域,而不必在计算模型中生成这些条形;通过边界条实现本质边界条件的严格施加,包括曲线上的边界条件;给出2个数值算例验证了方法的有效性。任意形状的覆盖网格将为实现基于精确几何模型的数值计算及其完全自动化的前处理开辟新的路径。