气幕防波堤消波性能数值模拟研究

该文将气液两相流看成是变密度单流体,以连续方程、雷诺平均方程和模型为控制方程,采用VOF方法追踪两相流界面,建立了气幕防波堤数值模型.基于Fluent软件平台,通过UDF在连续方程中添加附加质量源项实现了对气幕的数值模拟.数值计算得到的波浪透射系数同试验数据吻合较好.在此基础上讨论了入射波浪的周期和供气量等对气幕防波堤消波性能的影响.     

水平斜插板透空式防波堤消波性能数值模拟

通过改进已有的防波堤模型,建立了一种新型水平斜板透空式防波堤模型。基于VOF方法建立了波浪与水平斜板防波堤相互作用的数值模型。经数值模拟研究了该新型水平斜板防波堤结构对波浪透射系数的影响,主要考虑了斜板角度、波陡、相对板间距、相对板宽和相对出水高度等因素对防波堤消波效果的影响。模拟结果显示:①水平斜插板透空式防波堤比水平板透空式防波堤的消波效果好。在斜插板作用下,随着斜板角度增大,透射系数逐渐增大,但增幅逐渐减小;②随着波陡增大,透射系数先减后增;③随着水平板间距增加,透射系数增大;④随着防波堤相对板宽的增大,透射系数逐渐减小;⑤随着防波堤出水高度增加,透射系数先减后增。结果表明,该新型结构防波堤的消波效果显著,可以很好地消减波浪,应用前景良好。     

海船闸气幕防咸数值模拟研究

为分析海船闸气幕防咸机制及其影响因素,采用OpenFOAM?的双流体数学模型和对流扩散数学模型,建立气幕防咸的三维数值模型,开展限制区域内气泡羽流、盐水入侵以及气幕防咸过程的数值模拟.数值模拟结果表明:新模型能够准确模拟海船闸气幕防咸过程;当供气量足够时,气幕能有效阻止盐从底部入侵;气幕防咸效果与气幕弗劳德数有关,且气...     

T型透空式防波堤消波性能的理论分析

基于线性波浪理论,对T型透空式防波堤的消波性能进行了理论分析。在考虑水平板和竖直板厚度的条件下,通过特征函数展开法,给出流域内速度势的一般表达式,由速度势和速度的连续条件确定表达式中的待定系数,从而得到T型透空式防波堤对波浪的反射系数和透射系数随波数的变化关系,并对影响T型透空式防波堤消波性能的因素如水平板的潜深和竖直板高度等进行了计算和分析。计算结果与现有相关理论结果吻合良好;水平板的潜深和竖直板的高度对淹没和出水T型透空式防波堤的消波性能有较大影响。     

新型透空格栅板式防波堤消浪性能试验

为提高透空式防波堤的消浪效果,提出了一种新型透空格栅板式防波堤结构。通过水槽试验,分析了该防波堤的消波性能,探讨了上下层平板相对间距以及格栅板间隙比等参数对防波堤透射系数和反射系数的影响。结果表明,该结构防波堤消波性能良好,且防波堤出水状态下的消浪效果要好于淹没状态;随着相对板间距的增大,防波堤透射系数变小;上下层各格栅板间隙比为0.1时,防波堤的消波效果最佳。     

数值水池的一种有效的数值消波方法

本文通过将波高所满足的方程分解成等效的两个x和y方向的一维方程，提出了一种在求解Boussinesq 型方程中进行数值消波的有效方法，在求解方程时采用了一种精度较高的预报校正迭代方法。给出的方法用有实验结果的多向不规则波例子进行了验证。数值结果与实验结果相当吻合。本文的方法解决了波浪仿真中的关键技术：数值消波。     

柔性浮式防波堤消浪特性研究

针对圆柱形柔性浮式防波堤的消浪效果展开断面试验研究,分析其在规则波和不规则波作用下的消浪特性。通过大量水槽试验给出了圆柱形柔性浮式防波堤透射系数、反射系数、衰减系数与锚固方式、试验水深、相对宽度的变化关系。研究结果表明:该结构形式的浮式防波堤对短周期波浪消浪效果明显,而对长周期波浪消浪效果不佳;锚固方式和水深对消浪效果的影响较小;相对宽度是影响消浪效果的主要因素。研究成果可为由该结构连接成的"V"形浮式防波堤的锚固方式和摆放角度的设计提供参考。     

汛期分洪溃坝波的数值模拟

本文以二维长波方程为基础,将文献[1]中介绍的方法应用于模拟溃坝波运动。假设在波还没到达的区域有一层很薄的水层,此水层的存在不影响波的运动;在分洪口门处利用堰流公式,将二维长波方程与一维圣维南方程联立求解,成功地进行了天津市永定河的泄洪能力及汛期分洪的数值预报。     

数值波浪水槽中的斜坡式孔隙结构规则波消波研究

基于Flow3D的有限差分求解程序、RNGκ-ε模型、VOF自由表面跟踪法建立了二维数值波浪水槽模型,模型开边界处采用斜坡式孔隙结构结合Sommerfeld辐射边界条件对波浪进行吸收处理。通过采用入反射波分离方法,得到水槽中的波浪反射系数,定量分析影响孔隙结构消波效果的参数,得到最优参数组合。经验证,数值波浪水槽中具备最优消波参数组合的斜坡孔隙结构结合Sommerfeld条件对于规则波具有较好的消波效果。     

基于VOF方法的数值波浪水槽以及造波、消波方法研究

该文基于不可压缩黏性流体的N-S方程和VOF方法,利用CFD商业软件FLUENT及其二次开发功能,发展和提出了动边界造波、多孔介质消波等多种数值方法,建立了可有效模拟弱非线性波的数值波浪水槽.同时对现有的几种造波-消波方法进行了详细的分析,综合比较了不同方法的优劣性,指出了本文提出的多孔介质消波法可更有效的吸收波能,给出了造波-消波的最优配置.     

新型反弧形面防波堤消浪效果的试验研究

通过在波浪水槽中进行物理模型试验,研究相对半径、波陡、水深以及开孔率对新型反弧形面防波堤消浪效果的影响,以评价这种新型防波堤的消能效果.研究结果表明:反弧形防波堤的反射系数随相对半径的增大而减少,随波陡的变化则较为复杂;而防波堤的透射系数则变化较小并且维持较低数值;在不开孔时,反弧形防波堤在低水位的消浪效果较好,开孔后,在高水位时的消浪效果要好.     

台阶形陆架上孤立波传播的数值模拟

为了研究孤立波在带有陡升台地的陆架上的传播,用MAC方法求解了二维纳维尔-斯托克斯方程。本文在以下几点,改进了东京大学提出的修正的网格标记法:1.给出交错网格的新的标号系统;2.推导出自由表面上非规则星的新的压力迭代公式;3.对流函数、压力和速度使用了三值悬旗;4.把一维Burgers方程的部分守恒形式扩展用于二维N-S方程。这些使得程序更简单和精确。计算结果证卖,物理上很好地解释了孤立波的传播,入射波分成了反射波和透射波,然后开始分裂、破碎。 本文计算结果与线性波理论的结果很一致,但后者不能给出波运动的过程。     

水平轴潮流水轮机水力性能的数值模拟研究

采用数值模拟方法对一种带增速管的水平轴潮流水轮机的流量特性和转速特性进行了研究,并分析了增速管长径比、面积比对该水轮机水力性能的影响。计算结果表明:该潮流水轮机能量转换效率较高,同时自启动性能好,但对潮流流速变化较敏感;增速管可显著提高水轮机的水力性能,特别是输出功率;对于一定结构形式的潮流水轮机,增速管具有最佳的长径比。     

毛竹复合土钉墙水平位移影响因素数值分析研究

针对软土基坑毛竹复合土钉墙支护对变形预测和控制等方面研究的不足,采用考虑毛竹土钉和毛竹排桩与土体的相互作用以及土体加、卸载条件下变形模量不同的有限元法,建立某基坑支护设计剖面的平面应变有限元模型。计算并分析了毛竹复合土钉墙支护结构的变形规律,并对影响坡面水平位移的因素,即毛竹土钉的倾角、长度、间距、布置形式,毛竹排桩的长度、数量,土体参数以及开挖的坡度进行了详细的定性分析与定量评价,其结论可以为进一步认识毛竹复合土钉墙支护结构的作用机理提供依据,同时可为设计施工提供参考。更多还原     

静水中气泡帷幕产生水平流的数值模拟研究

本文以变密度单流体的连续性方程、雷诺平均方程和k-ε方程为控制方程,采用VOF方法追踪空气和水的界面,通过在连续性方程中添加附加质量源,建立了静水中气泡帷幕的数学模型。数值模拟得到的静水中气泡帷幕产生水平流的特性与Bulson的试验结果吻合较好。通过对数值计算结果的分析得到不同供气量Q时气泡帷幕产生的水平流速度Vm,水平流厚度d等主要特征,对气幕防波堤的消波性能研究具有指导意义。     

基于细观损伤的混凝土力学性能数值模拟研究进展

系统综述了基于细观损伤的混凝土力学性能数值模拟的研究现状,介绍了细观损伤力学在混凝土性能分析中的应用。重点对微平面模型、二维格构模型、随机粒子模型、细观结构模型、可考虑微裂纹间相互作用的细观损伤模型、基于弹性损伤本构关系的细观结构模型及Gurson细观损伤模型等几种常用的基于细观损伤的混凝土本构模型的优、缺点进行了比较。最后指出了以后有待进一步研究的问题。     

波浪冲击过程的湍流数值模拟

本文通过无反射数值波浪水槽研究了周期波浪对浪溅区结构物的冲击作用，控制方程为雷诺时均方程，采用ｋ－ε紊流模型及在近壁区应用壁函数。建立了适合ＶＯＦ方法的水体与结构物接触与分离的数值边界条件及动量方程的对流项采用了三阶迎风差分格式以消除数值粘性的影响。通过数模得到了波浪对位于浪溅区结构物底面的波浪冲击压力幅值及沿底面分布的定量结果，讨论了不同结构物尺度及距静水面高度对冲击压力沿建筑物底面分布的影响，     

模袋混凝土渠道糙率影响因素数值模拟研究

以模袋混凝土衬砌渠道为研究对象,使用FLUENT数值模拟软件对测流渠道建立二维模型,加载速度、压力和壁面粗糙度等边界条件,模拟渠道的流场,得出同一流量时不同水深的断面流速分布图。研究流量、流速与糙率的关系,以期在实际工作中为正确选择糙率系数提供依据。结果表明:对于模袋混凝土衬砌渠道,流速和流量是糙率的影响因素,通过数据相关性分析,糙率与流速、流量成负相关关系;沿渠底向水面的方向,流速逐渐增大,但是最大流速发生在水面以下,并且横向水流从渠道边壁向中央流动,导致较大流速集中在中间区域。     

沙漠风积沙溯源冲刷速度的影响因素初探

通过试验对沙漠风积沙的冲刷破坏形态以及影响沙漠风积沙溯源冲刷速度的主要因素进行初步分析。结果表明:在具有跌坎的地形上,沙漠风积沙在集中水流冲刷下,表面的冲刷剥蚀速度远小于跌坎处的溯源冲刷速度;沙漠风积沙的溯源冲刷速度与通过沙漠风积沙表面水流的单宽流量、跌坎处初始落差以及沙漠风积沙的含水率等因素有关;在初始落差一定的情况下,溯源冲刷速度随单宽流量的增大而加快;在相同单宽流量作用下,溯源冲刷速度随初始落差的增大而增大。     

基于一维运动波理论的坡面汇流和沟道汇流数学模型研究

一维运动波理论常用于坡面汇流和沟道汇流的模拟,根据坡面汇流和沟道汇流的特点,采用不同形式的运动波控制方程组来分别描述坡面汇流和沟道汇流过程。采用Mac Cormack格式开发了坡面汇流模型,采用线性离散和非线性离散的显式有限差分格式开发了沟道汇流模型,通过3个典型的算例对各模型进行了验证。验证结果表明,开发的沟道汇流模型是成功的;空间步长的尺度对数值解精度有较大影响,步长越小,数值解精度越高;在沟道汇流模型中,线性求解和迭代求解两种方法的计算结果基本一致。