基于Roe格式黎曼近似解的二维FVM模型

提出一种基于黎曼近似解Godunov格式的二维FVM模型求解口门区二维通航水力特性,并采用Roe格式计算界面通量。采用水面坡度代表源项中压力项的作用,有利于复杂地形条件计算的稳定性;通过对斜底单元干湿特性的合理划分,确保计算单元的水量和动量平衡及数值计算精度。利用该模型计算分析了衢江梯级塔底枢纽上下游口门区及引航段发电及泄洪条件下的通航水力特性,结果表明Roe格式的有限体积方法计算复杂地形条件下的水流流场稳定性好、计算精度高,为合理制定衢江梯级枢纽调度规则提供数据支持。     

大名泛区洪水演进数值模拟

利用结构化网格的有限体积法,建立了二维浅水方程的高精度、低计算负荷的数值计算模型。对结构化网格的处理采用一种自适应网格加密方法,提出四叉树的网格构造,以提高网格对地形和水力变化的敏感度。推导出一种具有激波捕捉能力的二维浅水方程的守恒形式,采用单元中心式有限体积离散。方程的离散采用Godunov格式,利用近似Riemann解求解界面通量,并介绍和采用了具有二阶精度的HLLC算法。对在此基础上,建立大名泛区二维洪水演进模型,获取了不同时段的淹没范围栅格图像、不同时刻淹没水深、洪泛区的蓄水量变化过程以及泛区内点的水力要素信息,为泛区的防洪规划和实时洪水预报提供理论参考。     

数值求解Poisson方程的一类差分校正格式

本文提出数值求解二维、三维,Poisson方程的一类预示-校正型有限差分格式,以及相应的二阶、四阶和六阶格式精度的差分算子的一般构造。这类差分格式可以通过选择因子的不同取值控制和调节实际工程模型的计算误差,并可在粗糙差分网格中实现高精度的数值计算。     

应用微机进行二维地下水数值模拟

本文提出了适用于微机的两个简单数值模型分析地下水问题。就用隐式差分格式(ADI)在微机上模拟较大区域的二维含水层;直接求解模型是采用网格单元以减少地下水计算连续方程的数目和求解其它方程。本文还对石油码头的阻水建筑物和还原系统作了分析,利用 IBM,AT&T 和 HP 微机对这两个模型的计算时间进行了比较。     

求解二维饱和-非饱和溶质运移问题的交替方向特征有限单元法

本文根据欧拉-拉格朗日坐标相结合解法、交替方向解法和有限单元法的基本思想,提出了求解二维饱和-非饱和溶质运移问题的交替方向特征有限单元法(ADCG)。计算实例结果表明,ADCG集这三种解法之优点,在克服数值弥散和数值波动方面和提高计算速度方面具有显著的优越性。     

一个求解二维Navier—Stokes方程组的数值模型

本文建立和开发了一个用于求解二维Navier-Stokes方程组的数学模型，这个模型采用Chorin提出的Projection1方式来解耦基本方程组的流速和压力，空间离散采用有限单元法，而时间离散则采用semi-implicit格式。为了验证模型的正确性，作者计算了二维空腔流动并与其他一些研究者的结果进行了比较，结果令人满意。     

基于有限体积法及FDS格式的感潮河段二维泥沙冲淤模型

本文以木兰溪下游裁弯河段为例，建立了有限体积法的水平二维非恒定流均匀沙不平衡输移计算模型。采用黎曼近似解通量差分裂(FDS)格式计算通过各单元边的水流、含沙量法向数值通量，并应用相关的悬移质、推移质河床变形计算公式计算冲淤变化。数值模型经相应的河工模型试验资料率定、检验后，预测了裁弯工程建成后河道可能的冲淤变化，为工程设计和施工提供依据。     

基于三角形网格求解二维浅水方程的改进的HLL方法

该文采用HLL格式,在三角形网格下采用有限体积离散建立了求解二维浅水方程的数值模型。基于三角形网格,底坡源项采用简单的斜底模型离散,为保证计算格式的和谐性,对经典的HLL格式计算的数值通量中的静水压力项进行了修正,并证明了修正后的HLL格式具备和谐性。算例证明本文提出的方法是和谐性的并具有良好的间断捕捉能力与稳定性。     

溃口近区二维数值模拟与溃坝洪水演进耦合

基于黏土心墙砂石坝的溃决过程,以及溃坝洪水传播和运动的特性,建立黑河金盆水库大坝溃口近区二维数值模型和下游地区溃坝洪水演进耦合数学模型。使用DAMBRK法计算逐渐溃坝,并应用其结果进行后续模拟。采用Abbott-Ionescu六点隐式有限差分格式求解一维模型,采用单元中心的有限体积法求解二维模型方程。采用侧向连接方式,将黑河两岸计算水位点与二维网格单元相连,实现一、二维模型的耦合。采用所建立的二维模型对溃口近区进行计算与模拟,得到计算区域某一时刻的水深及流速分布。应用所建耦合模型对黑河金盆水库万年一遇入库洪水漫顶致溃坝洪水进行数值模拟,得到一维河道内各断面的水位和流量变化过程,以及二维计算区域内不同时刻的水深分布图、流速矢量图和淹没范围变化过程。溃口的形成过程不仅包括漫顶水流的直接作用,同时包括溃口形成过程中两侧漩涡状水流的反冲刷作用。耦合模型可以同时兼顾河道内的水流变化以及河道外计算区域内的洪水演进过程,从而减少由于计算结果偏大或偏小所带来的防洪资源浪费和防洪措施不利等不良影响。     

二维扩散方程的9点格式有限近似解法

通过假设在曲线网格局部单元内满足二维扩散方程的近似解,并对计算区域进行离散,推导出中心点函数值和周边8点函数值之间的关系式,从而建立求解二维扩散方程的新方法,即基于曲线网格下的有限近似解法9点迭代格式.该格式用于非规则区域定常扩散方程和规则区域非定常扩散方程的计算,并与精确解等进行比较,结果表明该方法在计算简便性、精度和适用性等方面具有良好的特性,且比5点格式的有限近似解在精度方面有明显改善.最后计算了典型的坝基渗流流场,计算结果与试验结果吻合较好.     

河流二维水质模型与地理信息系统的集成研究

根据水质预测、管理的不同需求,提出基于二维对流扩散方程的三种水质计算模式:连续点源排放水质模型,瞬时点源排放水质模型,有限体积法求解的数值解水质模型。基于MO进行GIS系统的组件式开发,实现了GIS平台下河势贴体河道二维正交网格的自动生成,解决了二维水体的空间网格离散问题。在此基础上,将三种类型的二维水质模型模块与GIS平台集成,以更好满足水质预测与管理在水质模型计算方式选取、计算精度与实现效率等方面的需求。     

基于混合数值解法的二维畦灌地表水流运动模拟I：模型建立

摘要：数值模拟畦灌水流运动过程可为地面灌溉系统设计与评价提供必要的工具和手段。本文在利用隐式三点后 差分隐时间格式对二维畦灌地表水流运动模型各矢量项进行时间离散基础上,采用有限差分法、有限体积法和有 限单元法分别对由隐时间格式与线性化过程生成的物理通量线性近似式系数的空间导数、物理通量的空间导数和 地形向量开展空间离散,对经时-空离散后形成的控制方程代数方程组进行数值解算,构建起基于混合数值解法 的二维畦灌地表水流运动模型。     

基于近似黎曼求解器的三维浅水方程组求解方法

将求解平面二维浅水方程组的Godunov型有限体积法扩展至求解三维浅水方程组,建立具有激波捕捉特性的三维数学模型,将扩大三维浅水方程数学模型的应用范围。模型中湍流封闭采用非线性K-ε模型,水平方向数值通量采用HLLC近似黎曼求解器计算。为改善数值格式稳定性,垂向扩散项采用隐式离散,且在局部小水深处将三维模型退化为水深平均平面二维模型,所开发的模型在形式上具有时、空二阶精度。随后采用水跃、干河床溃坝洪水演进等算例对模型进行检验,结果表明:该模型具有较好的稳定性,能保证静水平衡,在间断解处能给出高分辨率的数值解,并具有较好的干湿边界模拟能力。     

长江江苏段二维水流-水质模拟

根据长江江苏感潮河段水流水质及地形特点，应用有限体积法及黎曼近似解建立了平面二维水流-水质模型。模型应用有限体积法的积分离散，并利用通量坐标旋转的不变性把二维问题转化为一系列局部的一维问题进行求解，采用通量差分裂格式计算各跨单元边界的水量、动量及污染物输运等通量。应用浓度输移精确解验证模型算法的正确性，利用长江江苏感潮河段的水流、水质监测资料进行模型率定检验，并通过对卫星遥感资料的分析检验模型计算污染带的合理性。模型在长江江苏段主要地区区域供水规划及实施决策支持系统中得到应用，为该江段水质规划提供依据。     

具有复杂计算域和地形的二维浅水流动数值模拟

本文采用非结构化网格的有限体积方法，对具有复杂计算域和地形的二维河道进行数值模拟。采用Roe格式的近似Riemann解计算界面通量，对地形变化源项采用特征分解平衡界面通量以保证格式的和谐性，对摩擦力源项采用隐式或半隐式求解以增加格式的稳定性。通过与混合流算例理论解比较，验证了格式是和谐性的并具有良好的间断捕捉能力与稳定性。应用此方法对地形复杂，存在多处险滩和深潭的某河段进行了实际模拟，数值计算结果和模型试验结果吻合较好。     

一、二维嵌套模型在河口工程中的应用

在圣维南方程组基础上建立了适用于大型复杂河网计算的一维河网数学模型,并在工程局部嵌套平面二维数学模型。计算中先采用三级联解法求解整个一维河网模型,以一维模型计算结果作为边界条件代入二维模型计算,对控制方程进行了泊松变换,再运用有限分析九点格式求解,从而减少了在完全耦合解时必需的迭代次数,缩短了计算时间。最后以珠江三角洲虎门出海口上的虎门大桥工程河段为例,对模型进行了验证计算。     

基于自适应结构网格的二维浅水动力学模型

基于有限体积法建立了二维浅水动力学模型,提出了能够随着水波演进动态变化结构网格自适应算法,并依据网格自适应准则局部加密和消去网格,保证模型在计算效率与求解精度间取得平衡.空间上,采用水深-水位变量同时重构法定义界面底高程,引入梯度限制器策略,利用近似Riemann的HLLC型求解器计算界面数值通量;时间上,采用多步时间格式Runge-Kutta法.采用底坡项中心近似,并引入附加源项,保证数值格式的和谐性.运用改进的半隐式格式处理阻力源项,提高模型稳定性.经典型算例模拟结果表明,数值模型稳定性与和谐性较好,有较好的地形自适应能力,能够推广应用于复杂地形下水流计算.     

基于三角形网格的浅水间断流动泥沙输移数值模拟

浅水间断流动条件下泥沙输移具有广阔的工程应用背景.采用基于准确Riemann解的Godunov格式求解法向数值通量,应用干底Riemann解计算动边界问题,建立了基于无结构三角形网格空间二阶精度的二维水流和泥沙输移有限体积法数值模型.模型在纯对流问题检验的基础上,模拟了孤立波在滩面上传播变形以及对圆柱周围的局部冲刷,复演了孤立波变形后流场和泥沙场突变的过程,并且圆柱周围局部冲刷坑计算结果与实验基本吻合.     

求解二维扩散方程的有限近似解法

提出求解二维扩散方程的新方法——有限近似解法7点格式,对非规则区域定常扩散方程和规则区域非定常扩散方程的计算与精确解比较,表明这一方法较有限分析法计算简单,计算精度高,并且可以适用于不规则边界区域的计算。最后计算了典型的坝基渗流流场,计算结果与实验结果吻合较好。     

有限体积法在固体废弃物填埋场渗滤液渗流模型中的应用

基于固体废弃物各种工程性质,提出用土壤水动力学原理来模拟渗滤液的流动规律。建立了以显式格式和有限体积法(FVM)为基础的二维饱和-非饱和渗流模型,并运用于深圳市下坪固体废弃物填埋场内部渗流场的计算。根据计算出的渗流场等值线图,证明模型是合理有效的,有限体积法运用于地下水运动的数值模拟仍然是一种高解析度的数值方法。