求解二维浅水流动方程的Godunov格式

采用网格变换和Strang算子分裂,以准确Riemann解为基础。建立了求解非平底浅水流动方程的Godunov格式,用“水位方程法（Water Level Formulation)”求Riemann解,结合中心差分和Riemann解离散底坡项,保证了计算格式的和谐性,经验证,方法健全。通用,且分辨率高。     

二维浅水方程的高阶松弛格式求解

利用松弛方法,将二维浅水方程转化为松弛方程组,并用逐维五阶WENO重构和显隐式Runge-Kutta方法对松弛方程组的空间和时间方向进行离散,建立了求解二维浅水方程的五阶松弛格式。WENO重构方法的引入既提高了格式的精度,又可保证格式是无振荡的。应用该格式对圆柱溃坝等问题进行了数值模拟,计算结果与用其它方法所得结果吻合,表明了方法的有效性。     

基于二维浅水动力学模型的辽宁省典型河流橡胶坝段流态分析

文中结合二维浅水动力学模型对辽宁省典型河流橡胶坝段的流态进行模拟分析。分析结果表明:由于橡胶坝的雍水作用,其上河道内水流流速及流向稳定,其下水流流速加快、流向变化增大,在下游礁石处产生扰流作用。研究成果可为为进一步分析水文站断面附近橡胶坝对水文监测的影响提供数据支撑。     

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.     

用最小二乘无网格有限差分方法求解二维浅水方程

近年来兴起的无网格方法摆脱了网格约束,在计算区域内能自由布点,快速灵活,并且离散节点能更好地拟合复杂的边界,求解精度较高。运用最小二乘无网格有限差分（MLSFD）方法,求解二维非守恒形式浅水方程。支撑域内点采用两种方法结合的方式进行选取。为避开繁琐的矩阵奇异、病态的检验过程,选用了最小二乘技术对矢量做最优化近似,并使用MLSFD对圆形溃坝模型进行计算。为了更好地处理边界条件,在无网格的四周,向内分别布置三层直角网格。对数值模拟结果进行分析比较,验证了该方法在计算二维浅水流动的数值模拟方面有着较高的精确度,进而说明无网格方法运用于求解浅水方程是可行的。     

二维浅水狭航道船舶变速航行的有限元计算

本文从二维浅水波方程出发,采用有限元计算船舶变速驶进、驶出大坝升船机承船厢时的水动力学过程.二维浅水波方程理论把行驶船舶对水面的作用力直接加在二维浅水波方程里,以此来计算水表面波动和水平流速.水动力波产生的水动压力又影响到船舶的运动.本文研究船舶和水体的相互作用.它描述了水面波动、水平流速、船舶的纵倾角、船和厢底的最小间隙、以及承船厢受的水体总重量、水动力矩等重要物理量在船舶行驶过程中的变化规律.本文算例的结果和文献[5]给出的实验数据大体一致.计算结果还发现,船舶驶出承船厢时下沉和纵倾的幅度比船只驶进承船厢时要稍大一点.工程上应当予以重视.     

基于有限体积法的二维浅水流动数值模拟程序开发

应用近年来浅水动力学理论的研究成果,参考国内外在软件设计方面几十年积累的经验,开发了基于有限体积法的二维浅水流动数值模拟程序CFD-FVM2D.程序以Roe格式的近似Riemann解为基础,离散浅水方程并将源项按特征方向进行特征分解,建立带源项浅水方程的通量平衡的Godunov求解格式,并对摩擦源项采用隐式、半隐式求解格式,以解决浅水方程的间断、动边界和河床起伏问题.     

求解守恒形式的二维浅水方程的SIMPLE类程式

对二维浅水方程守恒形式，采用控制体积法离散，可得流速与水深的耦合关系.据此，本文在SIMPLE类程式的基础上，提出一种新的、具有更快收敛速度的流速校正公式.作为测试算例，对由两种不同底坡组成的棱柱形明渠水流进行了数值模拟，取得了预期的效果。     

基于FD/MLSFD的混合算法计算 二维浅水方程

将基于最小二乘法的无网格有限差分方法(MLSFD方法)和传统有限差分方法(FDM)相结 合,生成了一种混合算法。研究并解决了差分网格/无网格混合算法的藕合问题,将混合算法运用于 求解二维浅水方程,通过计算高雷诺数(Re =105)条件下的圆柱绕流模型揭示了该混合算法在进行二 维浅水模型的数值模拟方面具有较高的精确度。     

大涡模拟法的二维形式

本文给出了大涡模拟（ＬＥＳ０法的二维简化形式，选择了标准的后台阶湍流进行考题。计算结果与有关实验十分吻合。为大涡模拟法的工程应用打下了基础。     

处理二维浅水流动中动边界问题的淹没节点法

针对浅水流动中的动边界问题,本文设计一种淹没节点方法,根据网格单元各节点的被淹没情况,即单元水面高程和各节点高程的差值,对单元平均水深和单元界面处平均水深进行修正,运用高精度无振荡的FDS格式和有限体积法求解含有动边界的二维浅水方程。除对单元水深和界面水深进行修正外,离散方程形式与传统方法相同,实现过程简单。应用该方法对两个典型算例进行了数值模拟,模拟结果分别与其他学者的模拟结果和精确解高度吻合。表明本文方法精度较高、实现过程简单、可以有效解决浅水方程的间断、动边界和河床起伏问题。     

旋流泵内部不稳定流动数值模拟

为深入了解旋流泵内部不稳定流动情况,基于RNG k-ε湍流模型,运用CFX软件对3种流量下的旋流泵进行非定常计算,分析了不同流体域的涡核、湍动能分布情况以及内部压力脉动特性。结果表明：随着流量的增加,进口管路涡核逐渐减少;无叶腔内圈首尾相连的圆形涡带直径和流速逐步变大,无叶腔外圈涡核逐步分散;无叶腔向扩散管过渡区域的涡核尺度显著增大,隔舌处的涡核尺度亦逐步增大。小流量和额定流量下,高亮湍动能集中于无叶腔内圈,内部压力脉动主频为叶频;大流量下,高亮湍动能集中于无叶腔向扩散管过渡区域,主频为轴频。叶轮中非涡核区多集中于叶片迎水面,随着流量的增加,涡核分布逐步分散,非核区域增多;高亮湍动能在小流量下分布在叶片入口,额定流量下分布在流道中部,大流量下分布在叶片出口;叶片流道内的压力脉动主频始终为轴频。     

A numerical study on dispersion of particles from the surface of a circular cylinder placed in a gas flow using discrete vortex method

The dispersion of particles emitted from the surface of a circular cylinder placed in a gas flow at the Reynolds number of 200 000 is numerically investigated using the discrete vortex method coupled with a Lagrangian approach for solid particle tracking. The wake vortex patterns, the temporal-spatial distributions and trajectories as well as the dispersion functions for particles with various Stokes numbers（St） ranging from 0.001 to 1.0 are obtained. The numerical results reveal that：（1） Solid particles on the cylinder surface are picked up and then transported away from the cylinder by the wake vortex flow.（2） Solid particles emitted from the cylinder surface always follow the vortices in the cylinder wake, and the response of particles to wake vortices is directly related to their Stokes numbers（particles with St= 0.001, 0.0038, 0.01 can distribute both in the vortex core and around the vortex periphery, whereas those with St= 0.1, 1.0 can not enter the vortex core and congregate mainly around the vortex periphery）.（3） The particles move in rolling state in the wake region, and the dispersion intensity of particles in the lateral direction decreases remarkably as the Stokes number of particles is increased from 0.001 to 1.0.     

入湖浅水三角洲形成过程实验模拟分析

本文基于自然模型法,对入湖浅水三角洲的形成发展过程进行实验模拟,从河型和流场变化的角度,分析其河道演变过程规律。通过改变上游来沙和下游水位,研究不同边界条件对三角洲形成过程中河道摆动及河型发育的影响。实验结果表明:(1)河槽在顺直、分汊及无河槽的形态间交替演变,下游淤积的河坝会导致地形抬高、反水压力以及溯源淤积现象,促进河道发生周期性横向摆动。(2)三角洲表面流场形态及流速大小随河型变化,且与演变阶段有关。(3)上游多沙和下游高水位,都能使河型周期历时变短,主流摆动角度变大,摆动点位置向上游移动,较多来沙可以使河道形态由鸟足状向辐射状发育。在这一演化过程中,来沙影响占主导而水位影响居次要,水位变化条件不会从根本上改变河道形态的类型。     

植物条件下明渠紊流KH涡相关问题研究进展

植物是生态功能完备的河流的重要特征,淹没植物条件下产生的特殊紊流拟序结构——KH涡,对水-沙-污染物运动具有直接影响。从KH涡的发现、形成条件、特征参数(形态特征参数和运动周期)三方面,回顾了国内外植物条件下明渠紊流KH涡相关问题的研究进展,总结了植物密度和淹没度对KH涡的影响规律,提出结合紊流不稳定性理论、紊流拟序结构分析方法、流动显示、图像技术来研究KH涡的形成条件(临界密度或临界淹没度)、沿程发展过程、影响因素(如植物密度、刚度、几何形态、淹没度、水流强度)的具体影响,是下一步需要探索的关键。     

多股射流入流间距对下游水利特性影响分析

基于RNG k-ε紊流模型和VOF自由表面追踪法，采用非均匀结构网格技术，建立了三维紊流数学模型，并对多股底流水跃进行了三维模拟，详细分析了入流间距对多股底流消能下游流态的影响规律，探讨了不同孔距比下消力池内的漩涡特性。研究结果表明：入流间距对单股主流两侧流态影响显著，当孔距比大于1.5时，有回流形成；当孔距比大于等于2.0时，在弗汝德数约为7.0条件下，下游消力池底板附近已形成不同强度的立轴漩涡，所得成果可为相似研究提供参考。     

快速涡方法中自适应树算法与涡量插值方法的研究

快速涡方法计算过程中占用过多内存资源,网格重置时用的插值方法具有一定的缺陷。该文通过预先判断自适应树节点数量等方式,生成新的自适应树构造方法;通过利用面积权重和距离相结合的方式重新构造了涡量插值方法。计算结果表明,改进的涡方法得到的计算结果更加精确,同时大大节省了计算所需的内存空间。     

排沙漏斗悬移质泥沙运动数值模拟

排沙漏斗是一种利用立轴旋涡实现水沙分离的二级排沙设施。为了探明排沙漏斗悬移质泥沙运动特征和排沙机理,采用欧拉-拉格朗日方法模拟了排沙漏斗水气沙三相流动,其中水相和气相采用雷诺应力模型(RSM)和VOF方法描述,悬移质泥沙用颗粒轨道模型描述。通过对计算的悬移质含沙量垂向分布与实验结果的对比,验证了数学模型的可靠性。计算结果表明:在漏斗室外侧区域含沙量分布整体上较均匀,在漏斗室内侧区域的近底部存在一个明显的高浓度带。作者认为,上述排沙漏斗悬移质泥沙含沙量分布特征主要是由排沙漏斗内的二次流引起的。     

附加附属管的隔水管涡激振动离散涡模拟

该文采用离散涡数值方法,对附加附属管的隔水管涡激振动问题进行了模拟。计算了配置4–10根附属管情况下隔水管涡激振动问题,将附加附属管后隔水管的受力系数、振幅与裸管的结果进行比较,同时也研究了不同来流攻角对附属管涡激振动的影响。结果表明,附加附属管后隔水管振幅与裸管相比,受力系数与振幅均有不同程度地减小,对隔水管涡激振动的抑制效果明显。不同数量的附属管对来流攻角的敏感性也各不相同,附加6、8和10根附属管都有很好的抑制效果,其中附加10根附属管对隔水管的抑制效果最好,减幅约达到50%,且对来流攻角的敏感性也最低。     

涡旋管内强旋湍流气固两相流的数值模拟

本文建立了基于一种合理考虑湍流-离心力相互作用的新的代数Peynolds应力模型和颗粒随机轨道模型的强旋湍流气固两相流动数学模型。应用该模型对新型涡旋管内的强度湍流气固两相流进行了数值模拟，揭示了涡旋管内气固两相湍流流动的基本特性以及改变切向出口气体流率对流动的影响。