用Lattice Boltzmann方法模拟水击

新近发展起来的LB方法具有并行度高、几何边界易处理等优点。作为用之解决实际问题的尝试，本文建立了能模拟水电站水击的一维LB模型 ，给出了基本原理、方法及步骤，并与特征线法进行比较.分析表明LB方法是有效的，将之引入水电站流场计算具有可能性，值得探讨。     

用Lattice Boltzmann方法模拟二维水力过渡过程

本文旨在探索用Lattice Boltzmann方法模拟二维水力过渡过程的可行性。应用Chapman Enskog展开技术，导出了一套多尺度方程，将LB方程和其所对应的宏观方程联系起来；根据水力过渡过程基本方程的特点，建立了计算二维水力过渡过程的一个LB模型；应用该模型对一维正弦波的传播、一维断波的传播与反射、二维拐角衍射波等典型算例，以及近似为二维问题的混凝土蜗壳在机组甩负荷和起动工况下的水力过渡过程进行了模拟分析。研究表明用LB方法模拟多维水力过渡过程是可行的，值得进一步探讨。     

水击的数值模拟方法比较

选用计算流体力学中几种具有代表性的数值方法进行水击的分析计算,包括Lax-Friedrichs格式、Mac-Cormark格式,以及近年来广泛用于空气动力学和溃坝水力学中的TVD格式,并将计算结果与解析解进行比较,结果表明:Lax-Friedrichs格式在间断处有较大的耗散;而MacCormark格式则出现了明显的数值振荡;TVD格式具有耗散性低,且不产生虚假数值振荡的优点.     

采用纵向翼形管模拟水击波速

在水击模型实验中，采用纵向翼形管是模拟水击波速的有效途径之一。为了便于确定翼缘长度，满足模型设计，本文应用结构力学方法和平面有限元方法研究了翼级长度，管壁厚度，管道半径，管材的弹模等关键参数对水击波速的影响，揭示了该结构型式的管道在内水压力作用下变形量与水击波速间的内丰规律，并将理论计算与实验结果进行了对比，两者十分吻合。     

一维水击波的高精度数值模拟

用本质无振荡ENO、TVD格式以及MacCormark和Lax-Friedrichs格式对一维水击模型进行数值模拟。结果表明,Lax-Friedrichs和二阶MacCormark格式在间断处有较大的数值耗散,计算精度较低,后者还存在明显的虚假数值振荡;TVD格式在光滑区具有高阶精度,在间断附近能在2个计算网格步长的范围内被光滑化,数值耗散较小;ENO格式数值解在间断附近无虚假数值振荡,数值解耗散很小,对间断具有较强的分辨能力和捕捉能力,能够很好地模拟水击波的变化过程。另外,ENO格式对计算网格的要求较TVD格式低,数值计算性能稳定。     

考虑迎风性的高精度水击数值模拟

水击问题会对水利枢纽的正常运行造成严重危害,模拟其过程至关重要。考虑TVD格式及水流的迎风性,应用于水击方程组中,模拟简单管道中的水击压力变化。并与Lax-Friedrichs(LF)、Mac Cormark(MC)、未考虑迎风性的TVD格式及解析解进行对比。结果表明:基于迎风性的TVD格式具有高分辨率、高精度、低耗散性等优点,相比于未考虑迎风性的TVD格式,其有更强的压制性,耗散性更弱。     

TVD格式数值模拟水电站水击波新探

水电站有压管道水击波数值模拟十分重要,其计算方法一直都是重点研究方向,TVD格式是数值模拟水击波的新方法,特别适合数值模拟强间断问题。其限制函数是该格式的核心问题,具有四种不同形式,将其运用于水击方程,数值模拟阀门突然关闭时水击波压力变化,与解析解进行对比,以此探究限制函数类型对TVD数值模拟水击波结果的影响。结果表明:四种限制函数TVD格式的计算结果,在间断处避免了非物理振荡,Superbee型TVD格式的分辨率最高,推荐该限制函数数值模拟水电站水击波。更多还原     

反击式水轮机水击计算方法的探讨

反击式水轮机的出流条件,受蜗壳、尾水管和转速变化的影响,本不同于冲击式水轮机,即其过流特性与通过喷嘴射入大气中的孔日出流不同,因而两种水轮机的水击计算方法也是不同的。目前,在设计和生产单位,对反击式水轮机水击压力计算方法的选用,任意性较大,这就不能不影响计算精度,本文拟通过简要的论述及省内外若干工程实例,说明各方法间存在的差异,目的是使设计成果更符合反击式机组的客观实际。一、反击式水轮机水击计算方法按出流规律的不同目前所采用的方法大体分三种: 第一种:采用和冲击式水轮机相同的方法即:按孔口出流规律,楣对速度     

基于ENO格式的一维水击波数值模拟

选用近年来广泛应用于空气动力学和溃坝水力学的本质无振荡ENO格式,并采用平均通量差分分裂法对一维水击模型进行数值模拟,计算结果与解析解进行比较后表明:数值解在光滑区具有较高精度,数值耗散性小;在间断附近没有出现虚假数值振荡,与解析解符合较好,200 s与20 s计算结果基本保持一致。证明ENO格式稳定性能好,精度高,能够很好地模拟水击波的演进过程。     

水击波数值模拟中高分辨率TVD格式优选

TVD方法特别适合数值模拟双曲型偏微分方程间断波问题,选用4种典型的TVD格式应用于水击方程的数值模拟。通过水击实例计算,将数值结果与理论解比较,揭示4种不同构造形式的TVD格式在捕捉水击波方面耗散性和压制性数值性能的差异,且TVD格式均优于常规的差分方法;改变计算库朗数条件下的计算结果表明:Harten修正通量TVD格式、TVD-MC格式以及全离散TVD格式在大范围库朗数条件下计算稳定性较差,优选Sweby反扩散TVD格式模拟水击,其计算稳定性良好,精度较高。     

TVD格式在上游调压室水击数值模拟中的应用

为了模拟含上游调压室水电站的水力过渡过程,采用TVD格式求解水击方程,并结合调压室系统的基本方程组和给定的边界条件来模拟水击压力变化。将此方法用于工程实例,其计算所得的水头与实测水头相吻合;并将计算所得的水头与MacCormark 格式和Lax-Friedrichs格式的计算结果比较,结果表明：TVD格式能有效模拟含上游调压室的水击现象,其结果具有耗散性低,不产生虚假数值震荡,计算精度高等优点。     

Lattice Bohzmanm方法在计算流体力学中的应用

Lattice Boltzmanm方法（简称LBM）是一种基于分子运动论和统计力学理论的流体计算方法。详细分析了LBM的基本理论，系统介绍了曲线固体边界处理的新方法。与Navier—Stokes方程相比较，LBM在算法及复杂边界处理等方面更具有优势。该方法在多相流、多组分流、热传导、颗粒悬浮、紊流及微小流束等问题的模拟中已得到广泛应用。     

Lattice Boltzmanm方法在计算流体力学中的应用

Lattice Boltzmanm方法(简称LBM)是一种基于分子运动论和统计力学理论的流体计算方法。详细分析了LBM的基本理论,系统介绍了曲线固体边界处理的新方法。与Navier-Stokes方程相比较,LBM在算法及复杂边界处理等方面更具有优势。该方法在多相流、多组分流、热传导、颗粒悬浮、紊流及微小流束等问题的模拟中已得到广泛应用。     

泄洪洞工作闸门开启时水击数值模拟研究

泄洪洞工作闸门运行过程中有可能产生水击,目前没有受到重视。应用特征线法数值模拟青海省某水电站泄洪洞工作闸门开启时闸前水击的变化过程,结果表明:(1)工作闸门匀速开启的方式可导致泄洪洞内产生水击,水击产生于闸门开启的初始阶段,水击压强振幅呈对数规律衰减;(2)工作闸门非匀速开启方式对泄洪洞非恒定流有重要影响,闸门开启速度先慢后快的运行方式可有效减小水击压强振幅,降低闸门振动的可能性,工作闸门以适当的加速度开启时可消除水击现象,彻底避免水击引起的闸门振动,排除这种泄洪安全隐患。     

水击减压装置

为减轻或免除水电站和电力扬水站突然停机停电时压力水管中的水击压强过分增高，破坏或影响压力水管及设备安全正常运行，提出在水电站蝴蝶阀前和电力扬水站水泵前安装一旁通减压管，并在其上安装专用电磁阀，突然停机停电时，旁通管上的电磁阀迅速打开，将压力管道水泄入空气中，以减轻压力水管水击的危害。     

阀门关闭速度对TVD格式数值模拟水击影响分析

采用总变差减小（TVD）格式模拟了一维有压管道水击过程,对管道中阀门突然关闭和缓慢关闭引起的水击压强进行了数值计算。通过改变阀门关闭速度,分析TVD格式对水击数值模拟精度的影响。结果表明,与传统经典差分二阶MC格式相比,阀门关闭速度越快,TVD格式捕捉激波间断的能力越强,模拟水击波效果越好;当阀门关闭速度缓慢到一定程度,TVD格式与MC计算方法所得结果基本吻合,与解析解最大误差不超过2%。说明TVD格式是数值模拟水击现象行之有效的方法之一。     

用VOF方法数值模拟溢流堰流场

采用流体体积函数处理水气交界面，并与标准的k-ε二方程紊流模型耦合模拟了溢流堰上的流场．计算的溢流堰上压力分布和流速，均与物理模型试验的测量结果较为吻合．     

用遥感方法模拟土壤含水量和蒸发量

本文应用综合数据结构,对土壤含水量和蒸发量的空间变化性作了模拟。该数据结构来自—个地理信息系统(GIS),其中包括取自TM和SPOT卫星土地使用信息和植物参数信息,以及德国土壤调查局的10m网格的土壤基地信息。对蒸发量的模拟采用了GIS的空间数据、德国气象局的气象数据和控制气孔蒸发的Penman—Monteith公式。土壤含水量的预算,由Philip公式的简化式决定。土壤—植物—大气的变化过程与50Km~2研究区域内的每个图幅相互关连,而每个图幅的时间性,可用1986年夏天1小时的时间解进行计算。在针叶林中,以实测数据作比较,其结果表明:所计算的蒸发量、土壤含水量和水压的各项特性与试验值非常近似。     

用导数方法模拟水位流量关系函数

在计算机广泛应用的年代,计算机将替代人来完成那些复杂的计算分析工作。拉格朗日定律为此提供了必要的理论依据。通过对沈阳水文站2010年的一次大洪水的水位、流量关系进行模拟验算,得到的结论是:通过模拟函数推求的洪水过程完全符合水文年鉴编印规范标准。