泄洪雾化对天气环境影响的松弛同化方法研究

为实现在综合考虑地形和环境背景场条件下,模拟泄洪期间局地区域天气环境的变化情况,以数值天气预报系统为基础,建立了泄洪雾化对天气环境影响的松弛同化方法。结合大岗山水电站一次降雨过程和实际观测资料,拟定了泄洪雾化同化数据分类设置的参考值范围。运用泄洪雾化对天气环境影响的松弛同化方法,对大岗山水电站泄洪期间的天气环境变量进行了同化计算。由于大岗山水电站仅有2015年9月14日15∶30—16∶40泄洪数据,选取2015年9月14日16∶00时刻模拟数据分析得到,在考虑风向变化的条件下,风速变化值为8.76 m/s,纵向影响范围约2.1 km;温度降低了3.32℃,纵向影响范围约2 km;相对湿度升高了8.71%,纵向影响范围约2.8 km。模拟结果表明,风速受水舌风影响风向改变、风速升高,温度受泄洪雾化降雨影响降低,相对湿度受雨雾蒸发影响升高。同化模拟的结果均向观测数据趋近,模拟结果符合实际的观测情况。     

峡口塘水电站泄洪雾化数值模拟计算研究

为了预测峡口塘水电站泄洪雾化的影响范围,建立了相应的数值计算模型,利用江垭水电站泄洪雾化的原型观测资料对数值模型进行验证,计算结果与原观资料基本一致,表明该数值模型是合理的。利用验证的计算模型对峡口塘水电站5种不同工况下泄洪雾化进行预测,计算结果表明无风以及纵向风速15 m/s条件下,各级工况右岸电厂以及下游交通桥均位于毛毛雨区(10 mm/h~0.5 mm/h)外,未受到雾化降雨的影响,而坝下200 m范围内左右两岸边坡均处于暴雨区,受雾化降雨影响较大。     

基于数据同化的降雨数值空间分布模拟研究

降雨数值模拟是延长水文预报预见期的重要方法,但由于降雨数值模拟中驱动数据所提供的初始场和边界场条件和大气的实际状态并不是完全吻合,导致模拟结果存在误差。减小降雨数值模拟的误差是提高水文预报精度的关键问题,特别是在大气数值模式和分布式水文模型耦合模拟过程中,高精度的降雨信息是准确模拟的关键。本文基于WRF模式和三维变分数据同化方法,选取雷达反射率和GTS(Global Telecommunication System)数据作为同化资料,开展基于数据同化的降雨数值空间分布模拟研究,从降雨的空间展布和指标评价两方面对同化前后的模拟结果进行对比。结果表明:同化后的模拟数据在CSI指标和RMSE指标上都优于同化前的模拟数据,说明同化后模拟数据的误差小于同化前的误差;将同化前后的数据展布在网格图中,发现同化后的数据可以更加准确地刻画降雨的空间分布规律,说明通过数据同化方法提高了模拟降雨和实际降雨空间分布的一致性,改善了WRF模式模拟降雨空间分布的能力。     

河谷局地气象场的WRF模式边界层方案敏感性分析

在河谷局地气象场对泄洪雾化的影响研究中,不同边界层方案的模拟效果并不明确,需要对边界层方案进行敏感性分析。使用WRF模式获取河谷地形的局地气象场,选择RMM5近地面层方案并搭配使用8种边界层方案进行对比分析。研究表明:风速受到河谷地形的影响,模拟效果不够理想,可耦合小尺度数值模式以提高其模拟效果;WRF能模拟河谷地形的狭管效应、风速增大以及风向逐渐偏向河谷方向,压强和温度的模拟效果较好。综合各气象要素的模拟结果,YSU和MYNN2边界层方案的模拟精度较高。该方法对泄洪雾化效应和水库环境水文气象效应研究具有参考价值。     

大型水电站隧洞开挖施工的三维数值模拟研究

随着我国水电站装机巨型化,隧洞大型化的发展,特大断面隧洞的出现使其施工面临严峻的考验。隧洞作为水电站的关键设施,对其施工导流、泄洪起着尤为重要的作用。利用ANSYS对大型隧洞开挖进行数值模拟,以了解大型隧洞的位移场分布,选择合适的开挖方案。对保障施工安全、加快施工进度均具有十分重要的意义。     

数值天气预报的成功经验对洪水预报的启示

鉴于近30年来数值天气预报有了长足的进步,而在洪水预报中试图推行流域水文模型却进展缓慢这一现状,试图寻找洪水预报精度与数值天气预报精度的差距原因。通过对大气模式(型)和流域水文模型的比较,围绕预报方法及预见期、初始场和边值场、数据同化和融合等问题,论述了数值天气预报的成功经验和流域水文模型在洪水预报应用中存在的问题,期望洪水预报能从中得到启示,在不远的将来实现流域水文模型与数值天气预报的无缝衔接,以进一步提高洪水预报精度,增长洪水预报预见期。     

锦屏一级水电站猴子崖边坡三维非连续变形数值模拟

利用5m等高线建立真实的三维地质模型,对锦屏一级水电站右岸下游河道猴子崖边坡进行了三维非连续变形数值模拟,计算比较了在天然状态和泄洪雾化雨作用下坡体内及结构面上的应力、变形及塑性区分布情况,分析了边坡可能的滑动趋势及滑动范围。计算结果表明,猴子崖边坡在天然状态下即具有较明显的块体失稳范围,其范围与前期地质判断基本一致。在泄洪雾化雨作用下,坡体应力场逐渐恶化,块体失稳边界形成,通过对位移场的判断,可进一步明确失稳块体的范围。结构面和坡体节理方向塑性区有较大扩展,块体具有明显的失稳下滑趋势,需要对该部分岩体加强支护,做好防排水措施。     

某大坝泄洪期间下游岸坡瞬态渗流场的数值模拟

大坝泄洪形成雾化及河水位上涨,影响下游岸坡内部渗流场的变化属于饱和-非饱和渗流问题.作者在饱和-非饱和渗流理论以及非饱和土水特征理论的基础上,以某水电工程岸坡为例,用数值分析的方法模拟在大坝泄洪中下游岸坡内部饱和-非饱和渗流场的时事变化,就孔隙水压力分布情况作专门分析.渗流场的时事模拟能够提供不同时刻点计算区域的含水量以及孔隙水压力大小分布,因此可以为岸坡的稳定性计算提供依据.     

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。     

数值模拟在山区小水电消力池消能效果优化中的应用

斑竹园水电站是典型的山区河流低水头小水电站,泄洪单宽流量大,泄洪消能任务较重。本文提出了对消力池进行延长、降低池底高程、升高尾槛、池内布设消力墩和纵向分级、横向差动等多种消能布置方案。为了快速优选方案,采用有限元法建立斑竹园水电站整体二维数模,对消力池多种布置方案开展了多种调度工况的数值模拟,获得了消力池流场分布。分析认为纵向二级、横向差动的消力池布置方案经两次水跃消能后,出池水流扩散、流速满足设计要求,与物理模型试验结果一致。数值模拟方法作为物理模型试验的有效辅助手段,可大量节省物理模型试验修改方案的时间和费用。     

海平面上升对珠江三角洲洪潮水位影响的研究

建立珠江三角洲及河口湾一、二维不稳定流连数学模型，假定珠江河口治理规划已全面实施并完成，然后地典型洪潮年的水文条件，分析计算海平面上升１０－３０ｃｍ的后珠江三角洲地区洪潮水位的变化。经过“９４．６”洪水过程模拟计算，得出海平面上升后，珠江三角洲中下游地区洪水位将上升５－２９ｃｍ，以河口附近地区上升值最大，向上游逐渐减小，同时潮流河口上升值大于径流河口。经过“９３．９”、“７４．７”台风暴潮模拟计算     

TVD格式数值模拟水电站水击波新探

水电站有压管道水击波数值模拟十分重要,其计算方法一直都是重点研究方向,TVD格式是数值模拟水击波的新方法,特别适合数值模拟强间断问题。其限制函数是该格式的核心问题,具有四种不同形式,将其运用于水击方程,数值模拟阀门突然关闭时水击波压力变化,与解析解进行对比,以此探究限制函数类型对TVD数值模拟水击波结果的影响。结果表明:四种限制函数TVD格式的计算结果,在间断处避免了非物理振荡,Superbee型TVD格式的分辨率最高,推荐该限制函数数值模拟水电站水击波。更多还原     

不同流速对鲫鱼推进效率影响的数值研究

鱼类趋流性的试验和鱼类游动的数值模拟是当前研究的两个热点,大多数鱼类不仅有趋流特性而且还能高效节能的向前推进,开展鱼类趋流性与推进效率关系的研究既能完善鱼类推进机理理论,也能在鱼道设计时提高其过鱼效率。本文以鲫鱼在不同恒定流速中的实测游泳数据为依据,利用计算流体力学软件flow-3d对鱼类波状摆动进行数值模拟,建立鲫鱼游动的数值计算模型,研究在不同流速下鲫鱼完成一个运动周期后所对应的推进效率。结果表明,随着流速的增大鱼的推进效率呈现出先增大后减小的变化趋势,当流速条件为0.5 m/s时对应的鱼类推进效率值最大,也是推进效率随流速变化的转折点。该研究获得了鲫鱼在顶流运动状态下鱼类推进效率与流速条件之间的相关关系。     

NUMERICAL SIMULATION ON THE DEPOSITION OF NANOPARTICLES UNDER LAMINAR CONDITIONS

1. INTRODUCTION Nanoparticle deposition is a subject of interest in many applications of particle physics and industry[1-3]. In recent years, the transport and deposition of nanosized macromolecules in blood plasma, especially low density lipoprotein (LDL…     

引黄涵闸引水涵洞地基竖向应力分布规律

黄河水闸引水涵洞受力分析多用刚架模型,其地基竖向应力σy分布规律对地基反力形式具有直接影响。对黄河河南段31座引水闸从结构形式(包括涵洞纵剖面和横断面特征、混凝土强度、线刚度等)、涵洞上部填土高度、基础土质等方面开展调研,并主要依据设计竣工图进行了引水涵洞特征归纳分析,总结了涵洞的主要特征,并以此为依据利用数值仿真模拟方法对典型涵洞地基竖向应力σy分布规律开展研究。结果表明,地基竖向应力分布使用六次多项式可以反映其规律。给出了采用弹性地基边界进行涵洞受力分析的建议。     

坝基渗流的物理模型试验研究

为验证坝基土体三维渗透模拟试验装置的渗透性能，以白城市待建水库选址工程为依托，采集土样进行室内渗透模拟试验，获得试验水压等势图，分析水库坝基的渗透特性。同时运用有限元软件对试验装置的稳定渗流进行数值模拟。模拟水压等势图与试验水压等势图大致相同，证明了装置渗透性能是科学可靠的。试验现象表明此处土层不宜作为坝基选址。     

涡粘性模型和对流项差分格式对溶质输运模拟精度影响研究

紊流中的溶质输运和生化反应过程与流场的紊动结构密切相关，对溶质输运、化学反应和微生物生灭等过程进行模拟时能够达到的精度又与所采用的数学模型和差分格式有关。高精度的数值模拟计算方法能够给出不同设计方案下流场内溶质的掺混、输运过程和微生物消长的大量细节，可以快捷、准确地对设计方案的运行效率作出合理评判。数值模拟中的不同处理方法，如采用不同的紊流模型、输运方程差分格式等，对输运和反应过程的模拟精度都产生影响。本文采用不同的涡粘性模型和对流项差分格式的组合计算了输运过程结果，并与实测资料进行对比，分析了不同模型组合对溶质输运过程模拟结果精度的影响，以此为依据提出了计算精度较高的模拟方法。     

某城堡4~#塔及塔尖艺术构件风荷载特性的数值模拟研究

某大型娱乐社区城堡塔尖艺术构件外形复杂,建筑高度较高。为保证结构安全和施工要求,对该复杂形体艺术构件进行了稳态与非稳态下的数值风洞模拟计算。通过对比上述两种方法计算得到的平均风压验证数值模拟的准确性,进而分析结构所受到的总风力,得到最不利风向角。针对4#塔和塔尖艺术构件,建立力学有限元模型,利用线性滤波法建立三维风场,基于Newmark-β方法对结构进行风致动力响应分析,所得结果可为该类结构的抗风设计提供技术支撑。     

T型连接井交汇水流数值模拟

A numerical simulation is made on Wangqingtuo T-junction Chamber, the confluence in the downstream junction chamber without outlet is analyzed, and then the impact of the direction of the inflow from reservoir on the flow pattern in the downstream triple-hole box culvert and the position of the full-uniform flow through the downstream cross-section is estimated as well. The study result can provide a reference for the similar project concerned.     

隔板型式对竖缝式鱼道水力特性的影响研究

通过改变隔板中竖缝的位置和数量,构造四种不同型式的竖缝式鱼道,利用计算流体动力学分析工具,获得了不同工况下四种鱼道模型的三维流场。研究表明:同一鱼道型式、同一底坡,其主流曲线形式(池室内水流形态)与流量变化无关。研究结果可为鱼道设计提供参考。