二维浅水间断流动数值模型在涌潮模拟中的应用

为模拟涌潮、水跃、溃坝波、浅水变形后的波浪、闸门突然开启形成的涌浪等浅水间断流动,应用有限体积法求解二维浅水方程,界面通量采用基于Boltzmann模型的动力学流矢量分裂（KFVS）格式,建立基于无结构三角形网格的二维浅水间断流动数值模型,模型在空间上具有二阶精度.在钱塘江两次涌潮实测资料验证的基础上,模型预测了钱塘江河口治理设想方案实施后的潮位、潮差、流速和涌潮等水动力因素的变化.模型较好地模拟了涌潮到达时刻潮位急剧抬高、流速迅速从落潮转为涨潮并达到极值的间断现象.计算结果表明,提出的计算格式健全、稳定,可以广泛应用于浅水间断流动的数值模拟.     

对流-扩散型浅水方程组的数值计算方法

介绍了欧拉预估-校正法结合有限分析法（n蝴）应用于对流-扩散型浅水方程组的数值计算方法。该方法采用了单一的计算网格系统,动量方程的离散采用了有限分析法,连续方程的离散计算采用了欧拉预估一校正法。数值模拟表明该方法计算过程简便,具有较好的收敛性,计算结果能较好地反映河道流动的特点。     

浅水湖泊平面二维水质模拟方法的探讨

从平面二维水流运动与水质变化的基本方程出发,根据中小型浅水湖泊水流特征与污染迁移特性,本文建立了中小型浅水湖泊流速场与BOD- DO浓度场数值计算模型,并举实例说明了该模型的可靠性。     

暴雨山洪水动力学模型及初步应用

建立暴雨山洪水动力学数值模型.基本控制方程采用二维浅水方程,并考虑降雨和下渗;在空间上采用能有效捕捉激波的WAF TVD二阶格式;在时间上采用一阶龙格库塔法,并采用自适应时间步长满足数值稳定性要求,使模型对复杂地形也能保持高计算效率.基于该模型,提出新的方法确定山洪灾害的临界降雨条件,并应用于典型山洪易发区的暴雨山洪预报.计算结果表明该研究方法具有理论先进性和实际可操作性,为有效防御山洪灾害提供了新的技术.     

基于新的描述湍流耗散方程的k-ζ两方程湍流模型的数值算法研究

对Navier-Stokes方程进行雷诺平均后出现的各关联项建模,通过新的描述湍流脉动耗散的变量构造耗散方程,建立是k-ζ两方程湍流模型,研究了k-ζ两方程湍流模型的数值求解方法.通过求解有限体积法离散的RANS流动控制方程,数值模拟了平板,翼型,机翼等不同湍流流场,并与理论解、实验值及SST k-ω模型进行比较,全面考察了k-ζ两方程湍流模型在湍流流场计算中的准确性及适用性.数值计算表明,通过建立新的耗散方程研究湍流的方法是可行的,目前的k-ζ两方程湍流模型具有良好的数值稳定性,并且计算结果要优于或者至少与传统的两方程模型精度相当.     

浅水流动环境中垂向缝隙射流的数值模拟

为探求浅水流动环境中缝隙射流的流动规律,提出射流的影响范围公式与流动转变条件.应用体积率（VOF）方法跟踪处理自由水面,利用重组化群（RNG）紊动动能-紊动耗散率（k-ε）模型,对浅水流动环境中垂向缝隙射流进行数值模拟.研究流速分布和自由水面位置,对比数值模拟与物理模型试验结果,分析流动转变条件.结果表明,计算结果与试验结果吻合较好,射流出口断面垂向流速分布符合半无限域中射流流速的衰减规律,流速场分布及自由水面位置在小流速比、临界流速比及大流速比下存在不同特性,自由水面隆起高度和流速比、水深比有关,射流对上游的影响距离随流速比增大而增大.     

计算溃坝波问题的KFVS方法

浅水波方程与可压缩无黏气体方程类似,按照这两种方程的比拟关系,作者给出了用于计算浅水波方程的动力学流矢量分裂(KFVS)方法,并应用此方法计算了两个二维溃坝波问题.计算结果与已有文献结果基本一致,证明该方法有效、稳定,能够模拟浅水长波方程中的间断解问题.     

圆柱体绕流的数值模拟

采用有限元方法离散求解了雷诺平均Navier-Stokes方程.为了提高流场的分辨率,湍流的模拟采用了亚格子模型的大涡模拟模型,对绕单个圆柱体的绕流问题进行了数值模拟.给出了随时间变化圆柱体周围的流动速度矢量图、柱体上的非定常力系数及数值计算结果与相关实验结果的比较.数值计算结果与相关实验结果具有合理的一致性.     

射流泵内流场的大涡模拟

阐述了二维弱可压缩流体流动控制方程和大涡模拟湍流模型.基于该模型对射流泵各种运行工况进行了一系列数值模拟计算.计算中模拟了异常边界条件下射流泵的流场特性,重点模拟喷嘴出口回流旋涡并给出了可视化描述.对不同计算网格数和大涡模拟系数对计算结果的影响也作了论述.提出的网格生成和数值模拟方法具有较高的效率,计算结果可靠.     

山区河道溃坝水流数值模拟

为了研究溃坝水流在山区河道中的传播,采用SPH方法来求解2维浅水方程,建立了溃坝水流数值模型.SPH方法由于是拉格朗日法,在处理对流主导的问题具有很好的稳定性与精度,且是无网格方法,无需划分网格和判定干湿网格,很好地解决了山区河道溃坝水流流速急,水位变幅大,动边界变化频繁,计算区域难确定等问题.采用该模型模拟了山区河道的溃坝水流,初步再现了溃坝水流的流动过程,分析表明模拟结果是合理的,因而采用SPH方法对溃坝水流进行模拟是可行的.     

曲线坐标系下平面二维水流水质模型的修正

采用边界处正交的曲线网格生成技术处理水流不规则的计算区域边界,基于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的动量交换,建立了曲线坐标系修正的平面二维水流水质数学模型.采用修正后的模型对实际弯道水流和污染物的扩散输移进行了数值模拟,并与原模型的计算结果及实测资料进行了比较,结果表明该模型能够有效地模拟流线弯曲的复杂水流的水力特性和水质分布.     

基于非均匀网格的高效高精度洪涝过程模拟

随着计算机技术的发展,网格划分技术日趋成熟.针对变化环境下洪涝灾害频发以及实际地形范围广泛,且通常存在狭长沟道与广阔泛洪区等问题,本文建立了一套具有层次拓扑关系的结构化非均匀网格划分模型,并与基于GPU加速的高分辨率数值模型相结合模拟地表水流动过程.高质量网格影响着模型计算精度与计算效率,非均匀网格划分技术以地形高程的...     

天然河道非定常自由面流的守恒差分格式

提出了一维非定常浅水流的一种显式守恒差分格式．适用于天然河道或水库中的溃坝洪水波的传播．数值解与解析解符合较好，实际天然梯级水库的溃坝波传播的数值实验表明，计算稳定，结果合理．     

水煤浆管道输送数值模拟研究进展

水煤浆是一种具有复杂流变特性的非牛顿流体,对水煤浆管道输送的流型和内部结构进行数值模拟可实现水煤浆流动的可视化,弥补实验研究的不足。从两相流理论和非牛顿流理论出发,综述了水煤浆管道输送数值模拟的主要模型和方法并进行了分析比较,考虑了水煤浆中添加剂对不同模型的影响,最后得出水煤浆管道输送数值模拟较合理的模型是非牛顿流模型。对目前各种模型和算法中存在的问题,提出今后发展的方向。     

基于WENO格式的二维水流水质数值模拟

应用高精度WENO(Weighted Essentially Non-oscillatory Schemes)格式结合有限体积法建立了二维水流水质的数学模型.在求解过程中,将单元体上的面积分化为单元边界上的线积分,将二维问题化为一维问题.采用FDS(Flux Difference Splitting)格式求解跨单元边界的法向通量.采用此模型对连续弯道水流和污染物的扩散输移进行了数值模拟,得到了流场及岸边污染物排放的浓度场,并与物理试验结果进行了比较,表明这类格式精度高,稳定性能好.该模型可为工程领域中的水流水质问题的处理提供依据,具有较大的实用价值.     

Suitability of artificial viscosity discontinuous Galerkin method for compressible turbulence

A discontinuous Galerkin method based on an artificial viscosity model is investigated in the context of the simulation of compressible turbulence. The effects of artificial viscosity on shock capturing ability, broadband accuracy and under-resolved instability are examined combined with various orders and mesh resolutions. For shock-dominated flows, the superior accuracy of high order methods in terms of discontinuity resolution are well retained compared with lower ones. For under-resolved simulations, the artificial viscosity model is able to enhance stability of the eighth order discontinuous Galerkin method despite of detrimental influence for accuracy. For multi-scale flows, the artificial viscosity model demonstrates biased numerical dissipation towards higher wavenumbers. Capability in terms of boundary layer flows and hybrid meshes is also demonstrated. It is concluded that the fourth order artificial viscosity discontinuous Galerkin method is comparable to typical high order finite difference methods in the literature in terms of accuracy for identical number of degrees of freedom, while the eighth order is significantly better unless the under-resolved instability issue is raised. Furthermore, the artificial viscosity discontinuous Galerkin method is shown to provide appropriate numerical dissipation as compensation for turbulent kinetic energy decaying on moderately coarse meshes, indicating good potentiality for implicit large eddy simulation.     

基于局部分级时间步长方法的水沙耦合数学模拟

基于局部时间步长（LTS）技术（即在每个计算网格采用局部允许的最大时间步长）,建立新的水沙数学模型,提高计算效率. 用非结构三角形网格离散计算区域,采用充分反映水-沙-床相互作用的平面二维完整控制方程组,利用有限体积法求解控制方程,用HLLC近似黎曼算子估算界面数值通量. 对动床溃坝算例的计算表明,当选取合适的局部时间步长级数时,计算效率明显提高（节省计算时间幅度达到68%）,精度满足要求. 长江中游太平口水道的工程应用表明,该模型能够在保证精度的前提下,节省高达92%的计算时间.     

弯道水流水质的二步隐式算法数值模拟

采用优于SIMPLEC算法的2步隐式解法求解二维曲线坐标系下的浅水方程,建立了二维弯道水流数学模型.对流项采用二阶精度的Roe格式离散,物理变量采用适体坐标系下的同位网格布置,网格界面流速由动量插值法计算,紊动黏性系数由修正的kε-模型确定.基于此水流数学模型,建立了二维弯道水质模型.最后应用所建模型,对汉江仙桃弯曲河段内的水流水质进行了数值模拟,计算结果和实测数据符合较好,验证了所建模型的可靠性和实用性.     

国内外雾预报技术研究进展

大雾是引起低能见度的主要天气现象.提高雾的预报技术水平是确保交通安全的重要措施.从统计和数值预报两个方面,回顾了过去几十年来国内外在雾预报技术上的主要研究进展,并总结了各种方法的特点及存在的缺陷.在某些情形下,新统计方法的应用提高了雾的预报准确率,但仍然无法摆脱统计方法本身的缺陷.相比较而言,数值模式在大雾预报方面具有更广泛的应用和更大的潜力.在目前的计算机水平下,使用高分辨率的一维雾模式与中尺度天气模式相结合的方法,在一定程度上可以提高雾的预报准确率,该方法在大雾易发区的机场及高速公路沿线具有重要的应用价值.随着计算机能力的不断提高,包含大雾形成和演变的各种复杂过程、具有先进资料同化过程的高分辨率三维雾模式,以及集合数值预报系统将是未来的发展方向.