模拟二维水下爆炸问题的光滑粒子(SPH)方法

水下爆炸涉及两相流,是一个动边界的问题,迅速变化的气-液交界面给传统的基于网格的数值方法带来了严重的挑战。SPH法是一种拉格朗日方法,该方法可以准确且有效地捕捉气-液交界面。论文应用光滑粒子(SPH)法来模拟水下爆炸过程,特别给出了光滑长度的选取方法和优化算法。最后,通过两个算例验证该方法,数值模拟结果表明,光滑粒子法在处理水下爆炸这样的大变形和强非线性问题方面具有精度高、耗时少、数值稳定等优点。     

滑坡涌浪的数值模拟

推导了用于模拟滑坡涌浪的DIF方程,并采用非规则网格有限体积法和显式MacCormack预测-校正数值方法求解该方程,建立了滑坡涌浪数值模型。利用新滩滑坡涌浪原型观测资料对数值模型进行了验证。模拟的涌浪首浪高度、涌浪爬坡及涌浪的沿程传播规律与原型观测资料吻合较好。研究了计算结果的可视化及进一步分析了滑坡涌浪灾害,此研究成果可用于滑坡涌浪灾害的预报和防治。     

基于SPH方法的二维宽顶堰溢流数值模拟

光滑粒子水动力学方法(SPH)是一种基于纯拉格朗日思想的无网格粒子方法,在众多科学和工程领域得到了初步应用。采用SPH方法对二维宽顶堰溢流进行了数值模拟,并利用机群进行并行计算来提高计算效率,将模拟数据与试验数据进行了对比。结果表明,SPH方法可以模拟出二维宽顶堰自由出流和淹没出流时水流流态、水跌、回流区、水跃现象,计算出溢流流量、流速等水力参数,并且采用数据拟合得出与理论相符的断面流速分布图。结果表明了SPH方法可以较好模拟二维宽顶堰溢流中的流速分布以及水面曲线。     

基于流固耦合方法的滑坡涌浪数值模拟

以GMO流固耦合模型和k-ε紊流模型为基础,采用VOF方法追踪自由液面,利用FLOW-3D软件平台建立三维数值模型,模拟刚性滑坡体沿斜坡运动所引起的涌浪产生及其传播过程,将数值计算结果与观测数据进行对比,验证数值模型研究此类问题的有效性,并分析流固耦合作用和滑坡体运动状态对涌浪生成和传播过程的影响。结果表明:模拟结果与观测数据吻合较好;忽略水体对滑坡体的作用会明显增加涌浪的首浪高度和传播速度,流固耦合作用主要影响滑坡体从接触水面到完全浸没的阶段(入水阶段)内涌浪的规模与传播特性;在滑坡体入水阶段采用流固耦合数学模型,而当滑坡体完全浸没于水下时采用指定滑坡体运动轨迹的计算模型,这样所得的结果亦能够准确反映涌浪的产生与传播特性。     

基于SPH的自由表面流动数值模拟

光滑粒子流体动力学方法是一种新近发展的无网格数值方法,在处理自由表面等复杂边界、流体大变形方面具有显著优势.应用该方法求解了拉格朗日形式的Navier-Stokes方程,为提高计算精度,本文通过采用两种粒子模拟固壁边界,改进了计算方法.并对湍流、粘性流体、不可压缩问题进行求解.通过二维和三维算例对近岸水动力学中波浪传播、变形、与建筑物的相互作用问题进行了数值计算,验证了其可行性,并为SPH的进一步扩展和应用奠定了基础.     

立面二维水沙SPH数值模拟

SPH方法是立面二维水沙数值模拟较新的一种方法,但多限于初始给定所有粒子(闭边界)模拟.考虑到工程运用需要,运用SPH方法数值模拟,实现了无网格粒子方法在开边界中对立面二维水沙的模拟.本文通过两种不同的方法,得出SPH方法的模拟结果和天然河道的冲刷形态相似.     

库区滑坡涌浪数值模拟方法研究进展

对近年来库区滑坡涌浪涉及的边坡失稳、滑动、涌浪产生和传播这4个阶段研究中采用的数值模拟方法的研究进展和发展趋势进行了综述,重点归纳总结了边坡滑动过程以及涌浪产生过程的数值模拟方法的研究成果,指出滑坡涌浪从库区边坡失稳到涌浪传播是一个完整连续的过程,今后需要在目前各个阶段独立研究的基础上融合固体力学和流体力学两类学科中的相关研究方法,建立库区滑坡涌浪全程数值模拟方法,实现滑坡涌浪的全过程模拟。     

滑坡涌浪垂面二维数值模拟

 根据可压缩流连续方程和Navier-Stokes方程，推导出滑坡涌浪的控制方程，并建立了垂面二维滑坡涌浪数学模型。采用非规则贴体网格有限体积法和显示MacCormack法步进求解方程，并且利用新滩滑坡的相关资料进行了验证。结果表明，模型的计算值与原型观测值吻合较好。     

某电站库区典型滑坡涌浪 传播数值模拟

选择某水电站近坝段的一个典型滑坡体作为研究对象,对天然河道建立数学模型进行涌浪传播过程的数值模拟,得到了涌浪沿河道传播衰减规律和涌浪淹没范围。结果表明涌浪传至坝址处一定高度时,不会对坝体安全产生破坏性影响,为库区移民和防灾减灾提供了参考依据。     

基于Herschel-Bulkley流变模型的滑坡涌浪数值模拟方法研究

山区水库滑坡涌浪灾害严重威胁库区航运、水工建筑物及沿岸城镇的安全,针对这类次生灾害进行预测和早期防范具有重要意义。滑坡冲击水体形成涌浪的动力过程十分复杂,对其进行准确模拟一直是近年来的研究热点。本文将滑坡视为由流体化物质组成的一类连续的特殊流体,在满足连续方程和动量方程的基础上,引入Realizable k-ε紊流模型和VOF模型,采用自定义函数程序控制滑坡流变特征和底部摩擦阻力,利用有限体积法模拟了Lituya海湾滑坡涌浪运动的全过程,数值模拟得到的涌浪生成形态、速度矢量场与试验结果吻合较好。通过对库区滑坡涌浪开展三维数值模拟,定量获得了不同时刻下库区内涌浪的运动信息。结果表明,涌浪在狭窄顺直河道内传播时波高衰减缓慢,波形类似于孤立波,而在库区弯道地形影响下波幅会迅速衰减。论文研究成果可为科学制定涌浪灾害应急预案和紧急避险方案提供依据。     

基于改进PIV技术的库区滑坡涌浪试验研究

针对滑坡涌浪试验中内部运动场数据缺乏的问题,采用改进的粒子图像测速技术搭建滑坡涌浪试验平台,选取理想黏塑性材料卡波普作为滑坡材料,通过示踪粒子荧光染色技术对滑坡体和水体两相进行区分,实现了两相内部流态的同步观测,并解析出相应的速度场矢量图,进而基于速度场数据计算了入水滑坡体质量和平均速度的变化曲线,并分析了两相耦合过程中的动量变化过程线。研究结果表明滑坡和水体两相的动量变化趋势与滑坡体入水动量具有较高的相关性,可为两相耦合的动量转换机理理论研究提供更加复杂、多元的数据支撑。     

基于SPH方法挑流水舌的数值模拟研究

以数值模拟挑流水舌的运动特性为目标,采用光滑粒子动力学方法,根据水气两相流的运动规律,建立掺气水舌的SPH数学模型,根据空气阻力的作用特性和自由表面判据,得到了空气阻力的计算关系式,提出了掺气水舌的SPH数值解法。针对桓仁水电站泄洪雾化,进行了掺气水舌的SPH数学模型实例研究,所得到的光滑粒子运动图像刻画了挑流水舌与空气的相互作用,模拟了挑流水舌的掺气过程,并得到了掺气水舌的厚度和速度随其曲线长度的变化关系。结果表明,桓仁水电站挑流水舌的外缘挑距模拟值为82.2 m,原型观测数据为80.2 m,计算误差为2.49%。掺气水舌的挑距模拟值与其原观值基本一致,证明了掺气水舌SPH数学模型模拟挑流水舌运动的有效性和可靠性。     

滑坡涌浪传播及翻坝过程数值模拟

将滑坡体概化为滑块,并给定其水下运动规律,利用UDF自定义函数对Fluent进行二次开发,模拟了滑块入水产生的涌浪性质,并分析了涌浪首浪传播及翻坝过程。仿真结果表明:若将滑坡概化为滑块,在给定水下运动形式下,产生的涌浪性质与孤立波类似,即涌浪只影响水面以下一定范围,对水底影响不大;涌浪顺水流方向的运动对动压起主要贡献;首浪在传播过程中涌浪波幅会减小而波宽会增大,且波高沿着传播方向其衰减速率在逐渐变小;滑块排挤的库区水体体积小于自身体积;小体积的滑坡对大库容的水库影响程度很小。对比分析不同体积滑坡激发涌浪翻坝的过程发现,滑块体积越大,激发的涌浪传播速度越快,高度越高,形成的翻坝流量越大,对下游的危害性越大。     

贵州印江岩口滑坡过程的数值模拟分析

在对贵州印江岩口滑坡工程地质背景资料和地质条件进行详细研究的基础上,利用离散元方法建立了滑坡的计算模型,对滑坡滑动的整个过程进行了仿真模拟,着重分析了滑坡后部点、中部点和前部点滑动位移与速度的变化规律以及滑坡的堆积形态,并与实测数据进行了对比。计算结果表明,根据位移和速度的变化,可把整个滑动过程分为4个阶段:即启动加速阶段、高速运动阶段、碰撞减速阶段和缓动夯实阶段;较准确的模拟了滑坡体的灾害影响范围和堆积规模;通过对滑体不同点位移和速度的分析,进一步明确了滑坡为牵引式滑坡和不同点在速度、位移和加速度上的变化规律。研究表明,对滑坡滑动过程的数值模拟可以进一步认清滑坡滑动和转化的本质,这将为合理治理滑坡、估算滑坡体对其下方建筑物的破坏范围和冲击破坏力以及灾害的合理评价提供基本依据。     

基于SPH方法的自由水面溢流过程开边界数值模拟

SPH方法是近年发展起来的流体数值模拟的一种新方法.目前,SPH方法流体模拟主要是经典的激波、Poiseuille流、Couette流、腔内剪切流及像溃坝一样的自由表面流动.均属于初始给定所有粒子的闭边界数值模拟.该文依据SPH方法,采用周期运动边界,实现了溢流坝自由表面流开边界数值模拟.计算水面线与物模实测结果吻合较好.     

浅水域中两船交错运行时的非定常波浪干涉

本文以Green-Naghdi（G-N）方程为基础,采用波动方程／有限元法计算两艘船舶在浅水域交错运动时的非定常波浪干涉特性。把运动船舶对水面的扰动作为移动压强直接包含在Green—Naghdi方程里,以描述运动船体和水面的相互作用。本文以S60 CB=0．6船为算例,给出在两艘船交错运动时,自由面波高,波浪阻力及横向力的变化特征。计算结果发现,当两艘船船首接近时,波浪阻力增加。接着,两艘船船身相向平行航行时,阻力减少。两艘船船尾相遇时,波浪阻力又增加。最后随着两船的远离,波浪阻力趋于正常。两船之间的侧向力呈现相似的变化规律。两船先承受横向排斥力,接着相互吸引,尔后又排斥。最后两船远离,横向力消失。计算结果表明,在两船间距较小和船速较大时,两船间的吸引力相当显著,应该予以充分重视。     

降雨-库水位作用下的下坪滑坡Monte-Carlo可靠度研究

针对降雨-库水位联合作用下的可靠度研究较少这一不足,基于下坪滑坡的工程背景,利用Geo-studio软件对降雨联合库水位不同工况下的渗透稳定性及可靠度进行了分析,得到了不同位置监测点的孔压变化、确定性安全系数变化、可靠度及失效概率,结果表明:库水位骤降工况下孔压总体上随时间呈现不断下降最终趋于稳定,而不同降雨工况下孔压总体上随时间呈现不断上升最终趋于稳定;库水位骤降情况下定性安全系数随时间呈现先降后升,而随降雨呈现单调下降的趋势;库水位骤降速率越大,降雨强度越大,降雨持时越长,最小安全系数则越小;库水位骤降工况下的不同工况安全系数分布差异要明显小于降雨工况,库水位骤降速率越大,失效概率越大,可靠性指标越低,降雨强度越大,降雨持续时间越长,失效概率越大,可靠性指标越低。     

射流冲刷沙床初始阶段的SPH方法数值模拟

针对射流移动清淤时短时间内的冲刷效果问题,采用无网格光滑粒子动力学方法(SPH),对平面垂直淹没射流冲刷沙床的初始阶段进行了模拟计算。探讨了SPH中淹没环境和沙土材料的建立方法,研究了射流冲刷初始阶段动态冲坑深度的发展趋势,分析了射流速度对冲坑深度发展的影响。结果表明:采用SPH方法可以有效地模拟射流冲刷的过程;在初始阶段,冲坑深度随时间线性增加,而且随着射流速度的增加,坑深增加的速率加快。本文研究可为探讨疏浚射流破土效果提供数值方法参考。