弯曲与分叉渠道溃坝波运动特性的数值预报

基于 TVD格式的有限差分算法思想 ,考虑节点与单元的对应关系 ,对任意四边形单元各边的通量采用优选限量函数的组合型 TVD格式进行插值 ,在时间上采用两步 Runge- Kut-ta法离散 ,建立了守恒型浅水方程有限体积的高分辨率计算模型。针对 180°强弯曲河道、90°双支以及 4 5°三支分叉渠道 ,数值预报了溃坝波的演进过程 ,揭示了溃坝波在弯曲河道中内外两岸速度与水位变化 ,在分叉河道中自动进行流量与动量再分配 ,在叉点角区形成旋涡、壅高等复杂运动特征 ,同时反映了湿底与干底的影响     

溃坝洪水演进平面二维数学模型初步研究

采用逆风格式的有限差分算法,建立了浅水方程的平面二维溃坝洪水演进数学模型。提出了洪水演进计算中“干湿”边界的处理方法,较好地解决了动边界模拟问题。研制了数学模型后处理模块,实现了溃坝洪水演进过程的动态演示。采用Fraccrollo等的部分溃坝模型试验成果对数学模型进行了检验,除溃坝初期在口门附近的水位存在一定差异外,其他位置验证较好。并将该模型应用于天然干河床的洪水演进计算。     

弯曲河段水流水质二维数值模拟

弯曲河段水流水质受曲折岸线、水面横比降、复杂地形及相关水工工程等各种因素影响，是水环境问题研究中水动力及水质数值模拟计算的难点之一。采用调节因子为微分表达式的Poisson方程生成正交拟合曲线网格，较好地反映了弯曲河段实际岸线变化；计算模式引入双方程紊流模型，以对弯道产生的局部副流进行模拟，经长江三峡工程坝址河段水流水质的实例计算，取得了较为理想的效果。     

二维溃坝波遇障碍物的水流泥沙数值模拟

本文通过对浅水方程进行Godunov差分离散和对泥沙运动方程进行一阶迎风差分离散,建立了平面l二维溃坝水流泥沙数值模型。在算例中计算了溃坝波遇障碍物后的水流反射、绕射及泥沙冲淤,计算结果表明,溃坝波遇障碍物后会产生明显的反射和绕射,并在障碍物前形成壅水、障碍物的侧面会发生剧烈的冲刷,障碍物前后则会发生局部淤积。本模型能够较好地模拟溃坝间断水流的运动,结果符合水流泥沙运动的基本规律。     

田市抽水站进水前池水力特性数值模拟

借鉴有关弯道水流流速分布的研究成果,计入弯道环流引起的横向动量交换,对曲线坐标系平面二维浅水方程做了修正;采用边界处正交的曲线网格生成技术,处理复杂的计算区域边界。采用修正后的模型对田市抽水站进水前池改造前后的水流流态作模拟分析,来验证改造设计方案的合理性。     

明渠自掺气水流运动的数值模拟

从两相流基本方程出发,分析了水利工程中水气两相流的特点,对明渠自由水面的掺气量进行研究,建立了适用于自掺气水流的数学模型,对明渠自掺气水流的掺气浓度和流速进行了数值计算,计算结果与实测值吻合较好,得出掺气浓度随水深的增加逐渐增大,流速自明渠底面向水面方向先增大,然后又逐渐减小.     

正交曲线坐标下一种有效的弯道河流数值模型

选取跟踪河道中心线走向的正交曲线坐标系,提出此坐标下的BGK Boltzmann方程,由明渠水流中微、宏观变量之间的基本关系建立了一种有效的弯道河流数值模型。通过对弯道水槽试验进行数值模拟,结果表明模型有较好的模拟弯道水流的能力。     

一种NAVIER—STOKES方程组的隐格式构造及跨音扩压器流场的数值模拟

本文提出了一种Navier-Stokes方程组的隐式矢通量分裂格式的构造方法。该方法避开了近似因子分解及矩阵运算,具有精度高、稳定性好、计算量少等优点。在跨音扩压器流场的计算中,考察了激波与边界层的相互干涉作用,较好地预测了分离及再附,捕获了激波,与实验比较,结果令人满意。     

弯道低水头拦河闸闸孔分流比试验研究

通过理论分析,结合模型试验,对处于弯道上的低水头拦河闸闸前的水流特性、闸孔的分流比及其影响因素进行了研究,探讨了闸孔分流比的计算方法。结果表明,由于枢纽对闸前水流的影响,使得闸前弯道水面横比降、纵比降显著减小,纵向垂线平均流速横向分布趋于均匀化。河槽总流量和枢纽轴线与弯道进口断面的夹角对闸孔分流比的影响较小。靠近凸岸的边孔泄流能力较弱,其余各闸孔分流较均匀。闸孔分流比的计算结果较为满意。这些对于保证闸址选择、水闸设计的经济性、安全性具有很重要的意义。     

提高分离紊流计算精度的探讨

本文以有压管道孔板流动为典型,探讨改善分离紊流数值计算的途径。研究表明,采用考虑曲率修正的k—ε紊流模型,可显著提高回流区长度的预测精度。采用高阶计算格式如QUICK格式,有助于提高流场计算结果的分辨率。本文还报导了采用加密网格及对角点附近的控制体进行修正等方法对计算结果的影响。     

含污染物的环流非充分发展弯道湍流数值模拟

本文建立了可模拟弯道中含污染物湍流的三维部份抛物型代数应力模型，以４５°弯道为例，针对左右两岸分别泄放污染物的环流非充分发展弯道流进行了计算，对所得的水流结构及污染物浓度分布进行了分析，结果充分反映出环流非充分发展弯道流中水流结构及污染浓度分布的特点。     

移动边界浅水问题的数值研究

移动边界问题是水力计算中难点之一 ,本文用拉格朗日坐标系来描述浅水方程 ,并用二阶Godunov算法求解有移动边界的浅水问题的数值解。在拉格朗日坐标系下 ,移动边界条件十分容易处理 ,数值计算结果表明 ,该方法十分有效     

U形弯道水流试验及其数值模拟

弯道水流运动是河流动力学研究的基本问题之一,长期以来,其复杂的三维水流结构一直是研究者关注的重点。弯道水流在重力及离心力的共同作用下,形成弯道螺旋流,与顺直河道相比,具有特有的运动特性,主要表现在产生水面横比降、横向环流、流速重分布等方面。用声速多普勒流速仪（ ADV ）,对室内 U 形弯道水流结构进行了详细的测量,分析表明弯道环流出现了较为明显的双涡二次流变化过程。此外,试验验证结果表明雷诺应力模型（ RSM ）能较好地模拟弯道环流双涡二次变化过程,为深入分析弯道水流特性及其对泥沙运动、河床演变等影响问题提供了科学方法。     

下游为干河床的溃坝水流数值模拟

应用二阶TVD—MacCormack格式计算了含间断波的二维浅水流动．模拟算例为下游是干河床、瞬间部分坝体溃决形成的溃坝水流运动．针对该格式,采用恰当的限制器使得解既不产生过大耗散,又具有高分辨率．     

水轮机转轮固液两相三维紊流计算及磨损预估

本文在两流体模型的基础上,使用贴体坐标的有限体积法,利用有科氏力修正的κ-ε-Ap两相流紊流模型建立了水轮机转轮内部的三维泥沙固液两相紊流计算模型。模型中求解了考虑压力对固粒相影响的时均Reynolds动量方程,并利用泥沙相的速度和浓度分布,数值计算了转轮的泥沙磨损。为了验证模型的可行性,用该模型计算了刘家峡HL001-25模型水轮机转轮内部的三维泥沙固液两相紊流流动,数值预估了转轮的泥沙磨损并与磨损试验结果进行了比较。     

插有缓变曲线弯道水流运动的三维数值模拟

若能够有效地利用数值模拟来揭示弯道水流运动和床面冲淤流变规律,将可以节省大量的人力、财力和时间。为此,通过引入可以舒缓水流冲击力和离心力作用的缓圆缓和对称凸型这2种新的弯道型式,减轻水流对河床及堤身、堤脚的冲蚀破坏。数值模拟结果表明缓圆缓弯道和对称凸型弯道的水面超高及横比降较圆弯道大幅减少;除弯道进口外,插有缓变曲线的2种弯道的凹岸近底流速均小于圆弯道,凸岸的弯道进口附近及过弯顶断面后,这2种弯道的近底流速较圆弯道明显减小;插有缓变曲线的2种弯道的深槽明显比圆弯道的要浅。     

拟压缩性方法在非定常球形Couette—Taylor流模拟中的应用

本文以拟压缩性法和物理时间／伪时间双重时间推进，数值求解非定常不可压缩流Ｎ－Ｓ方程。拟压缩性英是对伪时间的导数项，在每一物理时间层，进行对伪时间的推进使拟压缩性项趋于零，从而使连续方程得到满足。用Ｌｏｗｅｒ－Ｕｐｐｅｒ ＳｙｍｍｅｔｒｉｃＧａｕｓｓ－Ｓｅｉｄｅｌ格式求解用所得的方程。针对前人ＬＵ－ＳＧＳ格式未计及陷式物理粘性，在计算中低Ｒｅ数流动时容易发散或造成收敛率低的问题，利用简化的隐式粘性     

河道平面二维恒定流水力数值模拟

采用有限元法建立了一种适用于求解平面二维恒定流场的数学模型．并提出了一种处理固壁不可入边界条件的方法。方程离散具有通用和严格的特点，对合成后形成的非线性方程组采用牛顿迭代法求解，一般仅需４～７次选代便能获得稳态解。模型除经过各种典型情况的考题试算外，还用长江中游界牌河段的实测资料进行了验算，结果与实测值符合良好。     

坝址,厂区稳定水位流量关系曲线的电算拟合

在实际工作中,绘制、延长、应用水位流量关系曲线时,均不同程度地存在人为影响因素.用曲线拟合的方法,求出拟合方程,可以消除因人而异的定线、延长等带来的误差,并给应用上带来方便.     

圆域内双柱整流现象的数值模拟

本文基于Ｒｅｙｌｅｉｇｈ整流定律，利用Ψ－ω形式的定常不可压Ｎ－Ｓ方程，数值模拟了双柱在圆域内作高频小振幅振动时所产生的定常整流流动。揭示了流动随整流雷诺数的演化特性。此外就求解Ψ－ω形式的Ｎ－Ｓ方程所涉及的定解边界条件问题，本文亦进行了必要的讨论。