一维河网非恒定流及悬沙数学模型的节点控制方法

本文的一维河网非恒定流及悬沙数学模型，是根据以一维圣维南方程组，悬沙非平衡输运方程及水位、含沙量节点控制法而建立。首先，利用单一河流有限差分方程组转换形式和节点处质量、能量守恒性，写出所有节点的水位控制方程组。求解此不规则稀疏矩阵方程组得到得有节点的水位，再由单一河流非恒定流的求解方法可获得所有单一河流的断面水位和流量。基于水注的节点水位控制法，本文提出了节点悬沙控制法。假设节点处冲刷或淤积较小，所有节点的含沙量控制方程组可通过输沙量守恒方程用矩阵形式写出。求解此不规则稀疏矩阵方程组，得到所有节点处的含沙量。所有单一河流断面处的含沙量通过单一河流悬沙输运的求解方法获得。本文介绍的模型适用于各种河网类型。作为检验，该模型成功地应用于珠江三角洲流域河网水流及悬沙的数值计算。     

一维河网非恒定水沙数学模型研究

在已有研究的基础上,建立了适合复杂区域的河网非恒定流水沙数学模型.建立过程中考虑到计算精度和计算速度的要求,水流求解采用汊点分组方法,同时本模型选用了较符合河网泥沙运动的汊点分沙模式.最后通过长江中下游长河段的水沙运动模拟表明,建立的河网水沙数学模型能够满足实际工程需要.     

多层建筑物排水（污）系统非恒定流数学模型

建筑物污水排放系统中的水流为非恒定流，研究其系统中的非恒定流波的传播现象不但对预估管道中的各种水流现象，进行最优设计有着紧密的联系，同时对进一步研究管道中固体物的运动机理及水气两相流问题也有着重要的意义。本文通过应用特征差分方法，数值求解圣维南方程组，对管道中非恒定流进行了分析并建立了相应的计算机程序；对建筑物排污系统常见的边界情况进行了研究，并建立了无量纲的经验公式，这些公式作为边界条件与计算机程序相结合，可直接用于多层建筑物排水系统的模拟及预估     

三峡库区非恒定一维水沙数值模拟

该文考虑水沙输移过程中的非恒定性,建立了三峡库区非恒定一维水沙数学模型。模型中采用张红武提出的不平衡输沙理论以及选用符合三峡库区河道水沙特点的悬移质挟沙力公式和推移质输沙率公式,对现有三峡水库泥沙模型进行了改进.采用三级算法求解水流方程组,并选用了分沙比等于分流比的汊点分沙模式,与泥沙连续方程组进行非耦合求解.利用三峡水库蓄水后实测资料对所建模型进行验证,计算结果与实测资料符合良好,表明该模型能够模拟三峡库区干支流河道非恒定的水沙演进过程和河床冲淤变形规律。     

The influence of the flow rate on periodic flow unsteadiness behaviors in a sewage centrifugal pump

To design a single-blade pump with a good performance in a wide operational range and to increase the pump reliability in the multi-conditional hydraulic design process, an understanding of the unstead...     

水动力模型在平原感潮河网地区的研究与应用

根据平原感潮河网的水力特性，研究复杂河网非恒定流计算问题，利用圣维南方程组、节点连续方程及边界条件建立了水动力数学混合模型。将模型应用于宁波市鄞东南水系的河网计算，并利用2005年“麦莎”台风实测水文资料对模型做了检验。验证结果表明，建立的水动力数学模型是可行的，可以用于平原感潮河网地区的水力计算。     

NUMERICAL SIMULATION OF DISCONTINUOUS FLOW IN CIRCULAR CONDUITS

ＮＵＭＥＲＩＣＡＬ　ＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮ　ＯＦ　ＤＩＳＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳ　ＦＬＯＷ　ＩＮ　ＣＩＲＣＵＬＡＲ　ＣＯＮＤＵＩＴＳＮＵＭＥＲＩＣＡＬＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮＯＦＤＩＳＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳＦＬＯＷＩＮＣＩＲＣＵＬＡＲＣＯＮＤＵＩＴＳ￥ＭａｏＺｅ...     

河网水力数值模拟中Newton—Raphson法收敛性的证明

Newton-Raphson迭代法以其收敛速度快的优点而常被用于求解非线性代数方程组，但对各种不同的问题其局部收敛性条件的证明往往是十分困难的。本文针对用Newton-Raphson迭代法求解河网数值模拟中所出现的非线性代数方程组的问题，证明了只要当时间步长取得足够小时， 迭代法的局部收敛性条件就一定可以满足，从而给出了Newton-Raphson迭代法在河网非恒定流计算中应用的一个理论基础。     

绕圆柱非定常周期性涡旋脱落的数值模拟

利用非定常流函数涡量方程数值模拟圆柱突然起动尾流涡旋的形成及周期性脱落过程。对求解的流函数的一阶导数即速度项采用四阶精度的Hermitian公式，而方程的对流项则采用四阶精度的差分格式，并利用ADI方法迭代求解差分方程组。当雷诺数Re不大于40时，圆柱尾流为附体的两个对称涡，为定常解。当Re大于40后流动为非定常及非对称的，圆柱尾流呈现周期性涡旋交替脱落而形成著名的Karman涡街。选择Re=100为例，在初始条件未加任何扰动情况下，成功地模拟了圆柱非定常涡旋形成与脱落的完整过程（无量纲时间算到t=250及以上）。所计算的阻力系数与实验结果及其它数值方法的计算结果一致。约在t=200形成严格的Karman涡街。对涡量方程ADI求解方法的稳定性进行了分析。对流项采用四阶精度差分格式，若应用于定常问题，将极大提高数值求解的精度，若应用于非定常问题的求解，将对求解精度有所改善，其中时间空间两阶混合偏导数的处理是关键，有待进一步的数值实验。     

地表河网-地下水流系统耦合模拟Ⅰ：模型

本文通过采用联立求解地表河流一维明渠非恒定渐变流与地下水拟三维非稳定流运动方程的技术路线，提出了地表河网与地下水流耦合模拟算法。该算法中地表河网流动分别由质量和动量守恒定律而建立的连续性方程和运动方程所组成；地下水流采用多层“拟三维”非稳定流模型，通过彼此间的水力联系，建立了地表河网-地下水流耦合模拟评价模型，该模型可用于地表水与地下水转化关系较为密切地区的水资源综合评价预测中。     

汇流部泥石流的特性和淤积过程的研究

本文通过理论分析和实验研究，探讨了支沟泥石流到达主流江流部后的特性，建立了汇流部泥石流龙头的运动轨迹方程式。根据泥石流在汇流部的淤积状况，将其特性大致分为如下3种类型：1）TYPE1.泥石流的泥沙全部停积在汇流部；2）TYPE2.支沟泥石流进入汇流部后，部分泥沙淤积在汇流,部而继续流向下游；3）TYPE3.支沟泥石流的汇流部不发生淤积而汇流部流向下游。在探讨泥石流堆积扇的最终堆积坡度和汇流部泥石流浓度计算方法的基础上，给出了上述分类的条件及支沟泥石流堆积扇堵塞主流河道形成天然坝的条件；并提出了计算TYPE1的泥石流堆积扇形状的数学模型。     

平原河网水动力模型及求解方法探讨

参考国内外有关资料 ,根据河网非恒定流水动力模型的控制方程组和汊点衔接条件 ,建立平原河网水动力节点 河道模型。介绍用特征线法 ,有限体积法和有限差分法中的直接解法、分级解法、汊点分组解法、矩阵标识法、非线性方法等求解的基本思路。对比单元划分模型、混合模型以及人工神经网络模型等平原河网水动力模型 ,分析各个模型的优缺点 ,结果表明 ,节点 河道模型原则上可以求解任何水网的水力参数 ,单元划分模型仅适用于河道流速时空变化不大的情况 ,人工神经网络模型的验证比较困难。指出改进和设计计算方法、应用向量运算和并行算法、数值模拟可视化、数值计算模型软件化是河网数值模拟的主要发展方向     

通用一维河网不恒定流软件的研究

本文讨论了通用一维河网不稳定流数值计算软件的数学物理基础：(1)扩展的圣维南方程组及其有限差分方程的牛顿迭代方程组；(2)特殊结点的特殊方程及迭代方程；(3)边界条件和初始条件；(4)系统方程的装配和特殊的高斯消元法.最后用一个例子来与其它的软件进行比较。     

桥渡壅水平面二维数学模型模拟研究

本文根据圣维南基本方程组,建立了平面二维非恒定流桥渡数学模型方程,通过坐标变换,以边界拟合坐标生成二维均匀正交网格,在交错网格上采用交替方向的全隐差分格式进行离散化代数方程计算。通过桥渡流场的实例计算,在水位、流速分布、分流比和桥渡壅水等方面取得了令人满意的结果,该数学模型对于弥补和配合物理模型进行桥渡问题的研究具有重要作用。     

明渠流水击现象基本理论探讨

从一维明渠非恒定流基本方程组出发,采用特征线法进行数值离散,探讨了明渠流水击现象的基本理论。以南水北调中线工程总干渠某段明渠为例,计算分析了设计流量和加大流量下进、出口节制闸同时关闭时的水位最大壅高值。指出:明渠流中亦存在水击现象,这种水击可划分为直接水击和间接水击,水击的出现类型与断面水力要素及渠长有关。     

多区非均质油藏的有限元法理论分析

建立了单相流体在非均质油藏中、在不稳定渗流条件下的有限元方程,同时考虑了井筒储存效应和表皮效应的影响。将井壁视为内边界,在空间上用任意四边形单元对求解区域进行剖分,在时间上用向后差分法进行离散。用二区非均质油藏的解析解对方法进行了验证,而后对三区非均质油藏和四区非均质油藏进行了模拟分析,说明用有限元法模拟分析多区非均质油藏是准确、方便的。实际上,本模拟器可以适用于任意非均质油藏。     

大型水轮机不稳定流体与结构耦合特性研究Ⅰ：耦合模型及压力场计算

为了分析压力脉动及其诱发的结构振动等不稳定问题,对大型水轮机在不稳定条件下的流固耦合算法进行了研究。建立了非定常条件下耦合问题的控制方程及其定解条件,探讨了耦合界面模型在耦合分析过程中的作用,提出了一种适合于大型水轮机不稳定压力场与结构场耦合分析的界面模型,分析了以求解转轮区压力脉动为主要目标的非定常湍流计算模式。结合某大型电站,建立了原型水轮机非定常耦合计算模型,详细给出了转轮区不稳定压力场的分布特征,为下一步开展结构动态响应分析奠定了基础。     

UNSTEADY WAVES DUE TO AN IMPULSIVE OSEENLET BENEATH THE CAPILLARY SURFACE OF A VISCOUS FLUID

The two-dimensional free-surface waves due to a point force steadily moving beneath the capillary surface of an incompressible viscous fluid of infinite depth were analytically investigated. The unsteady Oseen equations were taken as the governing equations for the viscous flows. The kinematic and dynamic conditions including the combined effects of surface tension and viscosity were linearized for small-amplitude waves on the free-surface. The point force is modeled as an impulsive Oseenlet. The complex dispersion relation for the capillary-gravity waves shows that the wave patterns are characterized by the Weber number and the Reynolds number. The asymptotic expansions for the wave profiles were explicitly derived by means of Lighthill’s theorem for the Fourier transform of a function with a finite number of singularities. Furthermore, it is found that the unsteady wave system consists of four families, that is, the steady-state gravity wave, the steady-state capillary wave, the transient gravity wave, and the transient capillary wave. The effect of viscosity on the capillary-gravity was analytically expressed.     

“网河”非稳定流模型在洪泛区洪流演进中的应用

将宽阔的溃口洪水行进范围概化成由河道水塘和联系河道组成的网河,用一维非恒定流方程组来描述主要的水充运动状态,通过简化和变换,改写成统一的四点线性隐式有限差的方程组形式,再用双消除法求解,全部计算在微机上实现,参数用实测资料率定,成果具有较好的精度,在一定程度上反映出横水流方向的水位流量变化,为防洪水利计算开辟一条新的途径。     

交汇角对明渠交汇口污染物输运特性影响的数值模拟分析

针对等宽矩形断面明渠交汇口建立三维两相流水动力-污染物耦合数学模型,将污染物视作保守物质,不考虑其降解作用。该耦合模型以雷诺应力模型为基础,定量研究不同交汇角工况下交汇口的分离区几何特性及污染物输运规律。计算结果表明：交汇口分离区几何形状、污染物分布特性均存在明显的三维特征,且受交汇角影响;交汇角较大时分离区的几何对称性更强,不同交汇角下断面环流的位置不同,污染物的分布也不同,污染带最大宽度、混合界面宽度均随交汇角的增大而增大;分离区及其上游污染物混合速率随交汇角的增大而加快,在流速恢复区及其下游,混合速率基本不受交汇角影响,其沿程变化符合指数函数关系。