一维河网非恒定渐变流计算的汊点水位迭代法及其应用

采用Preissmann格式离散圣维南方程组,对离散得到的非线性系统通过Newton-Raphson迭代进行非线性求解,利用汉点水位迭代法处理河段间耦合问题,建立了适用于一维河网非恒定渐变流计算的数值模型.以矩形断面棱柱型渠道为例讨论了汊点水位迭代法的收敛性质和计算参数的选取原则,完善了汊点水位迭代法的理论基础.结合河网经典算例及三亚河水动力过程数值模拟对模型进行了验证,并分析了方法的收敛性及计算效率,计算表明汊点水位迭代法具有良好的工程适用性.     

大型复杂河网一维动态水流-水质数值模型

建立了非恒定河网一维水流-水质数值模型（THU-River1D）,水动力模块利用最近提出的汊点水位预测-校正（junction-point water stage prediction and correction,JPWSPC）法处理缓流河网汊点处的回流效应,采用Preissmann格式离散Saint-Venant方程组,并采用Newton-Raphson方法求解非线性离散方程;水质模块采用分步法,分别求解对流项、源（汇）项、以及纵向离散项,其中,对流项处理采用改进的四阶显式Holly-Preissmann格式。模型无需特殊的河道编码,既适用于树状又适用于环状河网,还适用于潮汐流动。     

排烟冷却塔的一维热力计算数学模型

文章建立了排烟冷却塔的一维热力计算数学模型,分析了烟气的排入对冷却塔内的气流速度、通风量、气流阻力、空气干球温度以及冷却塔的冷却性能等方面的影响,并与普通冷却塔的热力计算进行了比较分析。工程实例计算结果表明:烟气的排入将使冷却塔出口的混合气体温度增高、冷却塔的抽力和通风量增大,有利于提高冷却塔的冷却效果;当烟气的相关参数置为0时,该模型与普通冷却塔模型的计算结果一致,表明此模型具有良好的通用性。     

深水湖泊水库水温数值计算模型研究

本文针对深水湖泊水库三维温度场计算量较大的特点提出了一种计算快捷的湖泊水库三维温度计算模型。该模型根据控制方程中各物理过程的变化特点采用算子分裂法求解,快过程采用隐式求解,慢过程采用显式求解,协调了不同物理过程模拟的时间步长;文中对σ坐标系下的斜压梯度力和水平扩散项的表达式采用z平面均值扣除法进行处理,提高了二者的计算精度,更加适合于湖泊水库的应用。文章最后采用两个算例对模型进行了验证,表明了模型的有效性和实用性。     

城门洞形有压隧洞断面动能修正系数研究

总结以往圆形断面管道动能修正系数的研究,采用物理模型试验与数值模拟计算相结合的方法,借助于流体数值计算软件FLUENT和数学计算软件MATLAB对城门洞形有压隧洞断面动能修正系数进行研究。研究表明:城门洞断面恒定紊流会形成三对反向环流;当雷诺数大于等于4.0×103时,城门洞断面动能修正系数的取值可参考圆形断面动能修正系数的取值;城门洞断面动能修正系数随着雷诺数和水力半径的增大而减小,且普通城门洞断面动能修正系数小于非普通城门洞断面动能修正系数。     

基于变压器一维模型的漏感分析与研究

以反激变换器为例,通过对开关管关断时漏源电压和多路输出时输出误差的数学描述,阐述了漏感的危害,从高频变压器的一维模型出发,提出匝间距离、透入深度、线圈窗口在x轴上的宽度等是影响高频变压器漏感大小的主要因素,通过增大绕组宽度和绕组高宽比,增加绕组之间的耦合程度即可减少漏感.最后通过实验验证了该减小漏感方法的可行性,此结论...     

通过相对比能计算台阶式溢洪道水头损失的研究

水流比能是重要的水力参数,反映水流运动部分的能量。将台阶溢洪道与光滑溢洪道的断面比能进行对比分析,引入台阶相对比能的概念,准确反映台阶溢洪道与光滑溢洪道水头损失之间的差别。通过26.6?~48.0?坡角、0.5m~2.0m台阶高度的21组模型试验,分析了台阶溢洪道比能及相对比能与流程长度、单宽流量、台阶高度、坡度之间的关系。台阶溢洪道水流比能与这些参数关系比较复杂,不便分析应用,而台阶溢洪道相对比能与流程长度呈良好的线性关系而且斜率与单宽流量无关,与台阶高度、坡度呈递增关系,便于分析应用,试验资料证实了引入台阶溢洪道相对比能的必要性。提出计算台阶溢洪道水头损失的经验公式,为相关设计提供参考。     

基于高频变压器一维模型漏感产生与减少研究

通过反激变换器的拓扑结构图与等效模型得到高频变压器漏感变化对开关管耐压的影响,并以平面卧式变压器为例建立一维模型,且进行了高频变压器漏感定量计算和研究,阐述了高频变压器漏感的危害。从高频变压器的一维模型出发,通过建立匝间距离ha、透入深度δ、线圈窗口在X轴上的宽度w等因素的数学表达式,利用关系曲线确定出影响高频变压器漏感大小主要因素。经过实验与研究分析,提出了增大绕组宽度、增大绕组高宽比、增加绕组之间的耦合程度新的减少高频变压器漏感的方法,实现了减少高频变压器漏感的目的,并以实验验证了该方法的可行性。     

对计算河道最小生态流量湿周法的改进研究

在分析湿周法基本理论的基础上,探讨了湿周法确定河道最小生态流量的计算步骤.研究分析了几种典型河槽几何断面的湿周流量关系,采用斜率为l法和曲率最大法来确定湿周流量关系曲线上变化点所对应的最小生态流量.以长江中下游河道计算为例,分别选取长江中下游的宜昌、汉口水文站作为控制断面,对长江中下游河道最小生态流量进行了研究,并利用Tennant法对计算结果进行了分析评价.结果表明,曲率最大法确定准则计算结果合理,而采用斜率为l法确定准则计算结果则偏大.最后确定宜昌、汉口站断面的最小生态流量为2315m3/s、3124m3/s,分别占多年平均天然流量的16.7%、13.8%.该研究表明改进湿周法用于长江中下游河道最小生态流量研究是可行的.     

分级富氧燃烧控制NO_x的一维模型和试验研究

为研究富氧燃烧过程中的NOx生成与控制,在一维沉降炉上进行了煤的分级富氧燃烧试验,并利用Matlab和Cantera软件建立了一维沉降炉反应模型并进行分析。试验温度1 100~1 200℃,给粉量21.1~32.3 g/h。试验和模拟结果表明:富氧燃烧时不采用烟气再循环的方法时NOx生成量也可比空气下燃烧时低。在未分级条件下,富氧燃烧时的NOx排放量是空气工况的77%。通过推迟二次风后移、缩小一次风风率等手段延长一次风在还原区的停留时间,可降低富氧燃烧时的NOx生成量。高浓度CO2和焦炭的气化反应有助于强化还原区的还原性气氛,促进NO在焦炭表面的还原,促进焦炭N向N2的转化,抑制焦炭NOx的生成。一维模型模拟结果与试验吻合。     

基于POM模式的感潮河段三维水动力模拟

随着工程要求的不断提高,感潮河段三维水动力的正确模拟有着十分重要的意义.同时,美国普林斯顿大学开发的海洋模型POM已经逐渐应用于我国海湾潮汐流的数值模拟中,并得到了进一步的修正和完善.本文基于POM模式,利用明渠垂向流速分布的经验公式分析了三种紊动黏性系数计算方法对流速的影响;结合前人对POM模式的修正工作,建立了感潮河段的三维水动力模型;将该模型应用到长江下游太仓段的计算中,结果表明,基于POM模式建立的感潮河段三维水动力模型的计算值与实测值拟合较好,能够充分反映感潮河段水位以及水流流速随时间的变化情况.     

基于数据挖掘的河网糙率直接反演方法

糙率是河网水力计算中的重要参数,目前多采用优化方法反演求得.基于数据挖掘的思想,本文提出一种新的河网糙率直接反演方法.该方法以河段测量值为输入,糙率为输出,应用BP神经网络进行直接反演.在一个9河段组成的河网算例中,运用这种方法得到的各河段反演糙率最大误差不超过1.5%,并用Bayesian方法对反演结果的唯一性和最优性进行了评价.     

感潮河网调水过程的数值模拟研究

利用外河潮位和内河水位涨落落差进行内陆河网引清调水和防洪排涝,是改善感潮河网水环境、保障当地供水安全和提高防灾减灾能力的一种有效途径。本文根据Saint-Venant方程组和Preissmann加权四点隐式有限差分格式建立了感潮河网调水数学模型,该模型应用于浦东新区河网调水过程模拟的结果表明,其计算速度快、精度也较高,可对感潮河网调水水流时空变化过程、闸门开启过程引排水流量以及调水过程引排水总量进行模拟和计算。结合计算智能方法进一步讨论了调水过程外河潮位实时预报、感潮水闸流量的计算和调水模型河网糙率的反演问题。感潮河网调水过程数学模型的研究可以为平原河网地区水资源的智能监控提供支撑平台。     

旋流排沙渠道体型优化的正交数值试验方法和应用

为优化多泥沙河流引水渠道内的泥沙级配,实现泥沙分选的效果,提出了一种新型旋流排沙渠道。基于数值模拟与模型试验结果,采用正交数值试验方法,以分流比与排沙洞典型断面的流速为目标函数,优化了旋流排沙渠道的关键体型参数,对比分析了体型优化前后旋流排沙渠道的水沙特性。结果表明,正交数值试验设计能有效提升结构的优化效率,获得具有良好性能的旋流排沙渠道。当渠道来流量为30 L·s^-1时,优化体型的排沙耗水量较原体型减小21.5%,分流比减小4.6%,排沙洞出口断面最大流速增大10.8%,水流的挟沙能力增强,在排沙洞内形成更有利于泥沙运动的旋转水流条件;体型优化前后的旋流排沙渠道对粒径为0.075～3.0 mm泥沙的总体截沙率分别高达90%和88%,表明旋流排沙渠道具有良好的排沙特性,且优化体型排沙洞内的泥沙淤积量较原体型减小61.8%。本成果可为这种新型旋流排沙渠道体型优化和其在引水渠道等工程中的应用提供参考。     

赣江尾闾河网地形变化对洪季水动力的影响北大核心CSCD

为探明在新水沙条件和人类活动的影响下赣江尾闾河网地形变化与洪季水动力特征变化的关系,以1998—2020年为研究时段,基于1998、2013、2020年河道地形,分别建立一维河网数学模型,复演赣江98特大洪水,研究不同时期地形变化对洪季水动力特征的影响。结果表明:赣江尾闾河网的整体下切使水位流量关系右移,洪期各支洪峰流量整体增加,相同水位下,外洲站来流增幅超过50%。1998—2020年期间,南支地形下切幅度大于其他各支,地形不均匀下切导致尾闾河网节点分流比改变,整体上主支与南支分流增多、中支与北支分流减少。各支流速变化剧烈,主支下游流速增幅超过1 m/s。本研究可为河道整治规划、堤坝防护和灾害预防提供一些技术参考。     

基于FVM-HGA的河流水质模型多参数识别

针对解析法求解河流水质模型的不足和传统方法在求解河流水质模型多参数识别问题遇到的困难,提出了采用有限体积法结合混合遗传算法(FVM-HGA)的参数识别算法。由于水质模型中源项的广泛存在,对流项的离散采用了满足有界性条件的非线性高精度格式-MINMOD格式。由于优化算法对参数识别反问题具有的普遍适用性,因而反演算法采用了全局寻优能力很强的遗传算法;为了克服传统遗传算法局部搜索能力较弱的缺点,采用了遗传算法与最速下降法相结合的混合遗传算法。两个算例的计算结果表明,采用FVM-HGA算法对常系数河流水质模型和变系数水质模型都能给出较好的反演结果。     

数值模拟明渠跨临界水流的删减对流项方法研究

从理论分析和数值试验两方面对模拟明渠跨临界水流的删减对流项方法进行研究。理论分析证实,对流项的删减可解决Preissmann差分方法在处理跨临界水流时存在的格式结构不适定问题,并能获得稳定解。通过矩形断面明渠恒定跨临界水流和实际河道非恒定跨临界水流的模拟对数学模型进行验证,并提出新的对流项删减方式,即根据流体弗劳德数逐渐删减对流项的首项,而对后一项不做删减。     

长河段二维水流模型参数的合理选择

针对河道较长的天然河段,建立了简捷、高效,基本满足精度要求的数值流场计算模型,为相应河段的河床冲淤计算和适航性研究提供了必要的数值模拟基础;并在率定相应参数的同时,总结了不同Courant数以及无量纲涡粘性系数对计算结果的影响。     

复杂边界下三维水流数学模型的建立和验证

本文从底层开发了三维水流数学模型。模型使用平面正交坐标和立面为a坐标来拟合河道平面形态、地形和自由水面的不规则分布。计算中采用同位网格布设方式和动量插值方法来避免棋盘压力分布。采用有限体积法（FVM）离散紊流方程,方程的对流项采用修正QUICK格式离散。采用SIMPLEC算法求解流速场和动水压力场。通过对弯道和深槽水流输运的验证表明计算结果和实测值吻合良好,模型能够用于复杂边界条件下水流输运数值计算。