二维明渠非恒定水流BGK数值模型

本文根据BGK波尔兹曼方程及明渠水流中波尔兹曼变量与宏观变量之间的基本关系，导出了明渠水流运动方程，验证了BGK波尔兹曼方程与明渠水流运动方程的一致性，并从理论上证明，圣维南方程是BGK明渠水流模型在局部平衡状态下的一个特例。以BGK波尔兹曼方程为基本方程，利用有限体积离散方法，建立了满足熵原理的二维明渠非恒定水流的BGK数值模型。通过对典型的明渠水流现象的模拟，并与其它计算方法获得的解以及实验结果相比较，表明BGK模型勿须人为的熵修正，能准确地模拟存在不连续运动的明渠水流运动，是一种较好的明渠非恒定水流模型。     

一种新的高精度的溃坝水流数值模型

溃坝问题，严格来讲，是一种不连续洪水波问题．传统的水流数值模型都是建立在数值求解圣维南方程组基础上的，而该方程组的基本假定就是水流必须具有连续性，所以，以圣维南方程为基本控制方程的水流数值模型应用于溃坝问题的计算是非常牵强的．提出一种新的以描述分子运动的BGK波尔兹曼方程为基础的水流数值模拟方法，这种方法没有水流连续性假定，计算表明，这种数值模型能够精确、稳定地模拟溃坝波问题。     

以波尔兹曼理论建立明渠水流数值模型方法

根据文献[1]所论述的以波尔兹曼方程建立明渠水流模型的理论及明渠水流中微、微观变量之间的基本关系，采用有限体积离散方法，探讨了BGK明渠水流数值模型的方法，初步建立了不同于传统方法的、满足熵原理的BGK明渠水流数模型，通过对一系列典型的明渠水流现象的模拟，并对理论解，其它计算方法获得的解决以及公开发表的实验结果相比较，表明所提出的模型计算精度高，、稳定性好，勿须人为的熵修正（如人为增加耗散项）、能准确模拟明渠中不连续水流运动（如溃坝波等），不会出现非物理性的震荡，是一种颇具开发前景的明渠水流模型。     

用槽蓄关系联解圣维南方程组模拟洪水演进的方法探讨

采用槽蓄关系联解圣维南方程组模拟洪水演进的水力学方法,首次发现了在Δt时段可将圣维南方程组简化后绘制两种不同形式的河段槽蓄增量图形:一是根据水流连续方程可绘制槽蓄增量1,二是根据水流运动方程也可绘制槽蓄增量2。由于河段槽蓄增量1、2应相等,因此,可以用槽蓄增量为纽带求解圣维南方程组。     

以波尔兹曼方法模拟潮流

基于BGK波尔兹曼分子运动理论建立的二维明渠非恒定水流新数值模型,较传统的基于圣维南方程的数值模型有很多优点(Xu,1995,1996,Deng,2000),新模型满足熵原理,因而在计算中不会出现非物理性震荡,且模型精度高、运算速度快。然而,分子运动计算不同于自然河流水流计算,主要区别在     

冰期明渠非恒定流阻力分析及圣维南方程优化

南水北调中线输水线路自南向北由温暖带进入半寒冷地区,受气温变化影响,将有不同程度的冰情出现,对渠道运行安全和输水效率造成不利影响。以描述一维明渠非恒定流的圣维南方程为基础,对输水线路的冰封段和冰盖段水流阻力进行了分析,进而得到针对冰期水力条件的修正圣维南方程,为冰期渠道水力学数值模拟提供了理论基础。     

漳卫南运河供水水量水质模型构建的思考

为了保障供水的有效进行,采用河道水流运动的基本方程(圣维南方程组)和水质污染物降解规律的一级反应动力学模型对供水环节中河道水量水质进行模拟和预测,并根据漳卫南运河各河道区间的特点,对河道进行分区间考虑。将该模型应用于2016年引岳济淀、济衡等应急输水,结果表明该模型对供水期水量水质的模拟具有较高的准确度。     

南水北调中线工程总干渠水力学 仿真模型研究

以节制闸为边界将南水北调中线总干渠分为若干子段,采用闸门过闸流量公式、能量方程、圣维南（Saint-Venant）方程组和低压管流方程分别计算闸门水位流量关系、明渠恒定流、明渠非恒定流和有压建筑物非恒定流,以此建立总干渠水力学计算模型。通过双重迭代方法对水流方程、过闸流量方程进行联合求解,以模拟总干渠运行调度动态过渡过程,以京石段2008年输水实测数据对水力学模型进行验证,结果表明模型具有良好的收敛性和较高的精度。     

删减对流项方法模拟跨临界水流

介绍一种能够处理明渠水流跨临界问题的数值计算方法——删减对流项方法。通过求解圣维南方程组特征方程理论分析了该方法在模拟明渠跨临界水流的可行性,并通过矩形断面明渠内恒定跨临界水流的数值模拟试验,研究分析删减系数计算公式中的参数取值对模拟结果的影响。研究结果表明,采用该方法模拟明渠跨临界水流在理论和实践上均是可行的,并能较准确地捕捉水力间断位置,参数选择应综合考虑水跃突变过程和跃前水面线的模拟准确性。     

河渠不稳定流计算的对流扩散法数值解的探讨

六十年代以来,以圣维南(Sen.Venant)方程作为河道洪水的数学模型,应用计算机直接求其数值解,逐步形成了多种计算方法。明渠不稳定流的求解需要较多的河道形态资料.海耶米(Hayami)提出并由普赖斯(Price)进一步研究的扩散模拟用于河道     

正交曲线坐标下一种有效的弯道河流数值模型

选取跟踪河道中心线走向的正交曲线坐标系,提出此坐标下的BGK Boltzmann方程,由明渠水流中微、宏观变量之间的基本关系建立了一种有效的弯道河流数值模型。通过对弯道水槽试验进行数值模拟,结果表明模型有较好的模拟弯道水流的能力。     

用格子Boltzmann方法模拟涌波的反射与绕射

本文应用格子Boltzmann模型建立离散动力学模型,并利用Chapman Enskog对模型的方程组进行展开,建立了模拟二维浅水动力学的方程组。在从理论上证明了它严格地满足质量和动量的基本守恒定律的基础上,应用所建立的模型进行数值试验,模拟了溃坝涌波现象及其与固壁和建筑物的相互作用。利用这一模型计算了溃坝波与水中方柱和圆柱的相互作用,以及明渠内的涌波的反射和绕射复杂流场。该模型具有显式的表达形式,易于编程应用;粒子运动是彼此独立的,适合于并行数值计算;边界条件易于处理;易于处理多相流动微观机制等优点。     

一维圣维南方程组在非恒定流计算中的应用

天然情况下，河道水流在某河段内可能是恒定流，亦可能是非恒定流。一般地，山区性河流多视为恒定流，但在河道干支流的汇合口、河道与湖泊的交汇处、以及潮汐河段等处的水流常常为非恒定流。对于非恒定流， 用常规的水文学方法难以分析计算出河道水流的各个水文特征值，圣维南方程组则是解决此类问题的途径之一。运用圣维南方程组建立一维数学模型，应用芙蓉江江口水文站、长江徐六烃水文站实测水文资料进行分析验算，对解决非恒定流方面的一些实际的水文问题进行初步分析和探讨。     

Numerical solution of the Saint-Venant equations by an efficient hybrid finite-volume/finite-difference method

A computationally efficient hybrid finite-volume/finite-difference method is proposed for the numerical solution of SaintVenant equations in one-dimensional open channel flows. The method adopts a mass-conservative finite volume discretization for the continuity equation and a semi-implicit finite difference discretization for the dynamic-wave momentum equation. The spatial discretization of the convective flux term in the momentum equation employs an upwind scheme and the water-surface gradient term is discretized using three different schemes. The performance of the numerical method is investigated in terms of efficiency and accuracy using various examples, including steady flow over a bump, dam-break flow over wet and dry downstream channels, wetting and drying in a parabolic bowl, and dam-break floods in laboratory physical models. Numerical solutions from the hybrid method are compared with solutions from a finite volume method along with analytic solutions or experimental measurements. Comparisons demonstrates that the hybrid method is efficient, accurate, and robust in modeling various flow scenarios, including subcritical, supercritical, and transcritical flows. In this method, the QUICK scheme for the surface slope discretization is more accurate and less diffusive than the center difference and the weighted average schemes.     

渠网非恒定流图论原理

基于明渠非恒定流普里斯曼的隐式差分方法,采用矩阵线性变换建立了渠道进出口流量与水深的线性方程。提出了新的渠网非恒定流图论原理,包括适应渠网非恒定流特征的节支关联矩阵A的构建方法及性质分析,基于A的节点连续性矩阵方程和节点水深矩阵方程等。应用矩阵分析方法,推导出渠网非恒定流的节点分析法数学模型,最后给出应用实例。