气泡从浸没孔中生成与上升的数值模拟

应用改进的Level Set方法和Navier-Stokes方程，结合ALE数值算法，三维模拟了常流量下气泡在静止黏性液体中从浸没孔中生成与上升的过程。考察了气泡在两种不同的黏性液体以及在单孔和多孔条件下的生长过程。模拟结果与实验观测定性相符。数值试验表明，改进的Level Set方法改善了气泡的容积守恒性。模拟结果显示，在不同的黏性液体中单孔气泡的生成行为很不相同，在Paratherm传热流体中生成的气泡直线上升，而在水中则是盘旋上升；多孔气泡的生成不同步，气泡的尺寸及空间分布极其不均匀。     

界面追踪的Level Set和Particle Level Set方法

Level Set方法是20世纪90年代很流行的界面追踪技术，国外已有个别实例将此方法应用于不可压缩流体的计算。但其对界面具有抹圆的作用．造成梯度很大的界面失真。Particle Level Set方法可以弥补这一缺陷。本文首先介绍了这两种界面追踪的方法。然后采用五阶WENO格式离散空间导数，并采用三阶TVD-Runge-Kutta方法离散时间导数，用计算机Fortran语言建立了界面追踪的模型。最后通过平移流场中的同心方框、旋转流场中的缺口圆和剪切流场中圆的三维界面的追踪算例，对两种方法进行了对比验证。同时．用剪切流场中圆的算例对比了Particle Level Set和单纯拉哥朗日方法。结果表明，Particle Level Set对界面的描述更为精细．可以用于大梯度的界面追踪；Particle Level Set和单纯拉哥朗日方法的结果很接近。     

用LEVEL SET方法计算溃坝波的传播过程

溃坝波的数值模拟在于正确地计算坝体溃决后上下游水面的迅速变化过程。本文研究了近年发展起来的求解两种流体界面的Level Set方法及其在具有自由表面的水动力学问题中的应用。对不同底坡上的二维溃坝波进行了计算，取得了和实验资料符合良好的结果。     

数值模拟二维溃坝

该文应用Level Set方法研究了二维溃坝问题.用二阶投影法和高阶迎风格式求解二维Navier-Stokes方程,用CIP(cubic-Interpolated Pseudoparficle)方法求解Level-Set方程.通过数值计算得到了各个时刻溃坝运动界面的变化和相应速度的分布,该文的数值结果与相关的数值实验结果基本一致,说明该文的算法对于捕捉溃坝波的破碎和融合是实用且有效的.     

一类Level Set和VOF的耦合界面捕捉方法

该文根据Level Set方法和VOF方法各自的优缺点,提出一种耦合的界面捕捉方法.该方法利用混合网格的体积份额确定混合网格的距离函数,从而达到提高Level Set方法捕捉运动界面的分辨率、改善守恒性的目的.通过给出的旋转流场和剪切流场的数值算例,说明了本文所提方法的有效性.     

楔形流道内单气泡动力学行为特性研究

楔形流道是一个具有复杂物理边界的流场,对其内部气液两相流动特性的研究具有现实意义.该文首先对孔板流量计内掺混气泡的两相流体建立了数学模型,采用贴体坐标系同位网格下的SIMPLE算法解决了速度与压力的耦合问题,改进了贴体坐标下Level Set方法,并利用其对楔形孔板流量计内单气泡两相流场进行了模拟.针对不同Re数和不同We数时其内部流场的模拟结果进行了分析,得出流场内气泡形态及其流动特性的变化规律.     

Level Set方法求解三维大幅晃动问题的分步有限元法

取与容器固结的坐标系，将外激励视为质量力，针对刚性容器内流体三维非线性大幅晃动问题，提出了在时间和空间上均具有二阶精度的两步Taylor—Galerkin分步有限元方法。该法首先显式地求解忽略压力梯度项的中间速度场，然后由压力泊松方程求得压力场，再根据求得的压力对速度场进行修正。求解中利用Level—Set方法隐式地追踪自由面，即在每个时间步求解Level—Set函数随水流的输运方程，并通过迭代的方法对其进行重新初始化，以保持为距离的函数，从而达到捕捉自由面的目的。控制方程统一采用简单方便且具有较高精度的两步Taylor—Galerkin格式进行离散，并通过两个算例验证了本文数值方法的正确性和有效性。     

垂直激励圆柱形容器中的表面波结构

本文利用奇异摄动理论的两时间变量展开法，研究了垂直强迫圆柱形容器中的单一水表面驻波模式。假设流体是无粘、不可压且运动是无旋的，在忽略了表面张力的影响下，得到一个具有立方项以及底部驱动项影响的非线性振幅方程。对上述方程进行了数值计算，研究了特定(9，6)模式的表面驻波结构和特性，如驻波的节点分布及驻波随某些参数的变化规律等，从计算的等高线的图象来看，和以往的实验结果相当吻合。     

竖直楔形流道内二维浮力气泡上升的数值模拟

为解决Level Set方法中气泡体积非守恒性以及非正交网格引起的流场数值耗散问题,该文引入体积修正法和窄带重新初始化方法,并结合贴体坐标下的SIMPLE算法首次对楔形流道内气泡的运动机制进行了模拟研究,分析了气泡在竖直楔形流道内上升过程的形态演变,获得了竖直速度、水平速度、气泡纵横比以及气泡倾斜角等参数的变化规律。     

Level-set法在液体晃荡研究中的应用

Level—set法是一种简便、通用、高效的计算分析空间运动界面的数值方法，本文尝试性地将Level—set方法应用于液体晃荡的研究，详细论述了应用该方法模拟液体晃荡的数学模型及数值解法。为了验证该方法处理晃荡问题的正确合理性，首先在势流假定下模拟了释放初始液面引起的自由晃荡，并将液面波动的数值结果与理论解析解进行了比较；然后模拟了二维矩形液箱做简谐横摇运动引起的液体受迫晃荡，计算结果以箱壁不同高度处的压强时间历经给出，并与实验结果进行了定量比较。计算结果初步表明采用Level—set方法研究液体晃荡现象是正确可行的。     

液滴冲击液面的格子Boltzmann仿真研究

应用格子Boltzmann两相流方程，结合水平集界面重构技术，提出两相流的数值模型。采用五阶WENO格式和三阶TVD Runge-Kutta格式来求解Level Set 函数的输运方程。在不计重力的条件下，对液滴平动进行了数值模拟，在计算了800个时间步后，平动的液滴仍然保持原来的形状。在考虑重力的条件下，对液滴在空气中自由下落、液滴冲击液面的全过程进行了数值模拟，计算结果精细地刻画了液滴和液面界面的变化过程。数值模拟结果与物理规律一致。     

INTERACTION BETWEEN WAVES,STRUCTURES AND SAND BEDS

ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＯＮＢＥＴＷＥＥＮＷＡＶＥＳ，ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳＡＮＤＳＡＮＤＢＥＤＳ￥ＧａｏＸｕｅ－ｐｉｎｇ（Ｄｅｐｔ．ｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓ＆ＨａｒｂｏｕｒＥｎｇ．，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖ．，Ｔｉａｎｊｉｎ，３０００７２，Ｐ．Ｒ．Ｃ...     

Numerical study of edge waves using extended Boussinesq equations

An edge wave numerical model was developed based on extended Boussinesq equations with the internal wave-generation method. The form of edge waves near a seawall was chosen as the input signal in order to avoid treatment of the moving shoreline on a sloping beach. As there was an energy transfer between different edge wave modes, not only the target mode but also other modes appeared in the simulations. Due to the nonlinear effect, the simulation results for mode-0 edge waves were slightly modulated by mode-1 and mode-2 waves. As the magnitudes of these higher-mode waves are not significantly related to those of the target mode, the internal wave-generation method in Boussinesq equations can produce high-quality edge waves. The numerical model was used to investigate the nonlinear properties of standing edge waves, and the numerical results were in strong agreement with theory.     

大型输水渡槽水流超常波动成因分析与对策

南水北调中线总干渠十二里河渡槽在大流量输水时出现波幅达1.0 m的超常大波动现象,总干渠输水能力受到影响,对相关建筑物构成危害。通过水力学模型试验,复演了原型渡槽大流量输水时的超常大波动现象;分析揭示了渡槽产生超常大波动的成因是渡槽出口的“卡门涡街”及由此引发的渡槽进口左右两槽进流量的周期性变化。从消除渡槽出口墩尾“卡门涡街”波源、阻止渡槽进口前左右两槽进流量发生周期性变化等方面,分别提出了消减渡槽超常大波动的工程措施及闸门调度运行方案。研究结果表明:渡槽内的最大波幅均降至0.2 m以下。闸门调度运行方案在工程现场运用后,渡槽及渠道内的大波浪均得到了有效控制。     

西藏某水电站高边坡地震永久位移分析

西藏某水电站位于喜马拉雅地震带和藏中地震带交汇处,岸坡陡峭,坝址区某高边坡对枢纽工程的安全影响最大。为尽快消除该边坡的安全隐患,本文基于Slide软件选用了3条不同类型的地震波,采用Newmark滑块分析方法计算了该边坡在不同地震峰值加速度作用下的动力反应和永久位移,并采用拟静力法对该边坡在设计地震动作用下的稳定性进行了验算。计算结果表明,在设计地震动作用下该边坡是稳定的,随着地震波幅值的增加该边坡产生的总滑移量也在不断的增加;对于不同类型的地震波,虽然输入的地震峰值加速度相同,但地震动参数的差异会影响边坡产生的永久位移。研究结果可为工程单位进行类似边坡工程稳定性分析提供参考依据。     

有阻尼体系显式积分格式的计算精度研究

结构动力反应计算中的显式积分格式是一种重要的时域逐步积分方法。对于有阻尼单自由度体系,由于时间离散,质点的反应计算值与理论值存在一定差异。本文通过特征向量矩阵对积分格式的传递矩阵进行分解,采用周期延长率和相邻正/负波峰值递减率作为计算精度的衡量指标,建立了有阻尼体系显式积分格式计算精度的一种新方法。应用该方法分析ABAQUS/Explicit积分格式的计算精度,推得单自由度体系质点振动的周期延长率、峰值递减率随频率、阻尼比及计算时间步长变化的解析表达式,并采用工程结构常用的阻尼比取值对计算精度进行定量分析。结果表明,本文提出的方法可行有效,并可推广应用于其它有阻尼体系显式积分格式计算精度的定量分析。     

Evaluation of Performance Efficiency of Vibration Damper on a Conductor

The method suggested makes it possible to determine maximum amplitudes of standing vibration waves, slopes of the conductor with respect to horizontal, bending moments, and cutting forces in any cross section of the conductor and of the flexible element of the vibration damper with the help of SVT — Conductor with Vibration Damper software for any grade of conductor, earth wire, or vibration damper (GPG). Comparative evaluation of parameters at the places of exit of the conductor from the supporting clamp and from the clamp of the vibration damper is performed.