一类Level Set和VOF的耦合界面捕捉方法

该文根据Level Set方法和VOF方法各自的优缺点,提出一种耦合的界面捕捉方法.该方法利用混合网格的体积份额确定混合网格的距离函数,从而达到提高Level Set方法捕捉运动界面的分辨率、改善守恒性的目的.通过给出的旋转流场和剪切流场的数值算例,说明了本文所提方法的有效性.     

Level Set方法求解三维大幅晃动问题的分步有限元法

取与容器固结的坐标系,将外激励视为质量力,针对刚性容器内流体三维非线性大幅晃动问题,提出了在时间和空间上均具有二阶精度的两步Taylor—Galerkin分步有限元方法。该法首先显式地求解忽略压力梯度项的中间速度场,然后由压力泊松方程求得压力场,再根据求得的压力对速度场进行修正。求解中利用Level—Set方法隐式地追踪自由面,即在每个时间步求解Level—Set函数随水流的输运方程,并通过迭代的方法对其进行重新初始化,以保持为距离的函数,从而达到捕捉自由面的目的。控制方程统一采用简单方便且具有较高精度的两步Taylor—Galerkin格式进行离散,并通过两个算例验证了本文数值方法的正确性和有效性。     

用LEVEL SET方法计算溃坝波的传播过程

溃坝波的数值模拟在于正确地计算坝体溃决后上下游水面的迅速变化过程。本文研究了近年发展起来的求解两种流体界面的Level Set方法及其在具有自由表面的水动力学问题中的应用。对不同底坡上的二维溃坝波进行了计算，取得了和实验资料符合良好的结果。     

小振幅驻波的数值计算

将快速行进法和源点扫描法的思想结合起来,改进了非结构网格下Level Set方法的实现策略,结合人工压缩法,求解小振幅驻波问题。对2种不同波幅的驻波分别进行了计算,结果和理论吻合较好。计算中Level Set策略很稳定,没有产生数值性的破碎,表明改进后的Level Set方法可用于不同幅度振幅波问题的计算。     

基于Particle模型轴流泵固液两相流数值模拟和磨损特性研究

为探寻泥沙颗粒对轴流泵性能影响及叶片磨损规律,本文基于Particle模型和非均相模型,运用流场分析软件ANSYS-CFX对竖井贯流泵装置进行固液两相流数值模拟,得到了不同工况和泥沙条件下的泥沙分布和磨损规律,结果表明泥沙颗粒的存在会造成水泵装置性能下降;叶片的泥沙磨损规律与泥沙浓度分布规律一致主要集中在叶片进水边的背...     

气泡从浸没孔中生成与上升的数值模拟

应用改进的Level Set方法和Navier-Stokes方程,结合ALE数值算法,三维模拟了常流量下气泡在静止黏性液体中从浸没孔中生成与上升的过程。考察了气泡在两种不同的黏性液体以及在单孔和多孔条件下的生长过程。模拟结果与实验观测定性相符。数值试验表明,改进的Level Set方法改善了气泡的容积守恒性。模拟结果显示,在不同的黏性液体中单孔气泡的生成行为很不相同,在Paratherm传热流体中生成的气泡直线上升,而在水中则是盘旋上升;多孔气泡的生成不同步,气泡的尺寸及空间分布极其不均匀。     

基于CIM的配电网一体化追踪拓扑

依据IEC 61970电力系统公共信息模型（CIM）及IEC 61968 CIM扩展模型,提出了配电网络模型的具体实现方法。基于该网络模型,研究了配电网络追踪拓扑的主要内容:供电电源追踪和供电范围追踪。文中提出的配电网追踪拓扑方法将变电站内部追踪和站外追踪统一考虑,是一种一体化的追踪拓扑技术。     

基于潮流追踪和机组再调度的割集断面功率控制方法

给出一种基于潮流追踪和发电机再调度的割集断面潮流控制方法。首先用潮流追踪,将割集断面调控量逆潮流方向追踪至供出的发电机节点,以确定潮流供出侧的发电调控量;继而将割集断面调控量顺潮流方向追踪至受影响的负荷节点,并将受影响的负荷量进行逆向二次追踪,以确定功率接受侧的发电变动量。该控制方法仅通过改变发电机调度方式（再调度）来实现,用户负荷供应不受影响。利用10机39节点等系统验证表明,该方法可在大范围内对断面潮流实施精确控制。     

损伤模型在界面元方法中的应用

界面元方法只需考虑界面上的正应力和剪应力,因此通常采用低抗拉的Mohr-Coulomb屈服准则。考虑到Mohr-Coulomb准则不能模拟材料的破坏过程,故本文在界面材料的本构关系中引入了损伤变量,利用标量形式的等效应变衡量材料的受损程度,因而可以有效地模拟材料损伤后应力逐渐减小的过程。与最大拉应力准则相比,损伤方法更能体现材料屈服后实际承载力的弱化过程。数值算例结果与试验结果吻合,证实了本方法在数值模拟方面的正确性。以拱坝作为工程算例,计算变容重加载时坝体损伤变化趋势,并与地质力学模型试验结果加以对比,研究其损伤演化和破坏过程。     

基于水平集方法的原状土三维水气两相渗流特性数值研究

为揭示土体中水气两相动态渗流机理,基于计算机断层扫描(CT)与AVIZO-COMSOL交互对接技术,通过水平集(Level Set)方法来研究代表性体积单元(REV)尺度原状花岗岩残积土三维水气两相渗流特性。结果表明:孔隙残余气主要呈块状分布于孔隙边、死角和孔喉突变部位;REV模型孔隙中存在少数主渗流孔道,其普遍有着孔道宽且笔直的特征;两相渗流速度受孔道迂回程度控制,且存在明显的“优势通道”,其中主渗流通道平均流速比模型整体高47.26%;驱替阻力最大出现在孔隙壁面处,且孔道越窄,阻力越大。该研究成果可为进一步认识原状土孔隙渗流规律提供研究方法及理论基础。     

地下水弥散系数的野外试验新方法

弥散系数是地下水污染数学模型的基本参数.本文提出一种获得纵向和横向弥散度的野外试验新方法.该法能很好地控制野外试验的水位和流场形态，提高地下水坡降，且方便可行.同时还介绍一种与配线法不同的，用联立方程迭代求解的弥散度新算法。     

基于流形元群缝追踪的钢筋混凝土结构破坏模拟

对石根华提出的流形元法进行了改进,在一阶位移形函数的基础上扩展到二阶位移模式,开发了用断裂力学法模拟离散裂缝的扩展及用杆单元模拟钢筋作用的流形元法,用以模拟钢筋混凝土结构破坏过程。对于含有大量节理裂隙的结构,采用传统的摩尔-库伦准则,允许裂缝不仅沿原有的不连续面扩展,而且可以穿过完整介质,导致结构体的破坏。用扩展后的软件模拟钢筋混凝土梁结构的破坏,考虑变形和渗流耦合作用,分析了五强溪船闸闸墙的大变形问题。结果表明,破坏形态符合实际情况,并且再现了结构破坏过程,为今后研究此类问题提供了新思路。     

自记水位计的设计与探讨

本文通过集安、铁厂、桃园水库等水文站自记水位计的工程实例，介绍以钢筋混凝土为材料的自记水位计的设计方法和技巧。     

田间尺度下土壤水流非均匀运动特征的染色示踪研究

根据碘和淀粉的显色反应原理对土壤优先流进行了示踪研究,开展了入渗水量深度分别为 20mm、40mm、60mm和80mm的4组染色示踪试验。通过对垂直剖面流动模式的分析和对整个试验区域入渗深度分布的统计分析,研究了土壤水流运动的非均匀特征与入渗初始条件和边条件之间的关系。研究结果表明：(1)土壤水流运动在剖面内和剖面之间均表现出明显的变异特征;(2)土壤初始含水率升高对土壤优先流的发展有明显的抑制作用、降低了入渗在剖面内和剖面间的变异程度;(3)随着入渗水量的增大,土壤水入渗的非均匀程度非线性减小,但过多的增大入渗水量对提高入渗均匀度的作用有限;(4)互相关函数分析可成功地用来研究土壤水流入渗变异特征的方向性、比较入渗在剖面内和剖面间变异程度的大小以及确定入渗区域中土壤优先流的可能最大宽度。     

基于热示踪的饱和层状介质水热参数反演

多孔介质的水热运移参数是影响介质中水热运动过程的主要因素。本文基于热示踪方法,开展了稳定流场条件下饱和层状石英砂的热示踪实验,分别采用热电偶与热成像两种方法测定了砂箱内部和表面的温度,同时结合HYDRUS模型的反问题算法对层状石英砂的水热运移参数进行了反演。研究结果表明:当介质中存在细粒夹层时,热成像图像能反映非均匀流场中热流峰面在分层界面处出现的"收束"现象;层状介质中的细颗粒夹层可导致热流锋面沿水流方向迁移速率下降、热量沿垂直于水流方向运移范围加大、温度分布更均匀。同时对于热源持续输入的系统,热成像温度在前期能较好的反映层状介质对水流运动的影响。将热示踪与HYDRUS模型相结合可较好地用于反演介质水热运移参数,反演所得的饱和导水率估值随粒径的减小显著降低,纵向热弥散度随粒径的减小而增大,而横向热弥散度变化趋势与之相反;纵横弥散比变化范围在10~120之间,且纵横弥散比随粒径减小而逐渐增大。对细砂饱和导水率的估计不足及热量损失是造成水流通量估计误差的主要原因,在模拟模型中增加细砂层测点数量可显著降低水流通量的估计误差。本研究可为非均质介质中水热迁移过程模拟与参数反演提供相应的方法。     

基于蚂蚁和粒子群算法的土石方调运优化方法研究

本文分析了水利工程中土石方调运的影响因素及其特点,提出了一种基于蚂蚁算法和粒子群算法的土石方调运优化方法。与线性规划方法相比,该方法对调运问题的约束和目标函数没有线性要求,具有可以考虑实际工程中非线性约束、便于随机模糊分析等优点。在某大型堆石坝土石方调运中的应用及其与线性规划方法结果比较表明,本文提出的方法是可行的。