基于一二维耦合水动力模型的海绵小区建设效果评估

针对在海绵城市规划、建设和管理中SWMM模型无法精确模拟地表积水和淹没过程的问题,将SWMM模型与基于有限体积法的二维水动力学模型进行了耦合,建立了一二维耦合的水动力学模型,基于耦合模型构建了北京市某排水小区的雨洪模型,采用不同重现期的设计暴雨过程对海绵改造方案进行模拟和分析。结果表明,一二维耦合水动力学模型能有效地模拟海绵措施建设前后的效果,可应用于海绵小区建设效果评估中;海绵措施在一定程度上能改善小区内涝积水情况,间接地提高排水标准。     

基于InfoWorks ICM模型的城市暴雨内涝模拟

为解决城市暴雨内涝灾害问题,以海口市主城区为例,构建了基于InfoWorks ICM的城市综合流域排水模型,选用3场实测暴雨进行模拟分析,发现该模型具有良好的精度和可靠性。在此基础上,利用该模型对1、2、5、10、20年五种不同设计重现期的暴雨情景下研究区域排水管网系统的排水能力和积水深度进行模拟。结果表明,该模型能较好地评估研究区域的排水能力,且随设计暴雨重现期增加,研究区域的积水深度亦呈现出增加趋势,内涝灾害明显加重。     

基于InfoWorks ICM模型的城市暴雨内涝模拟

为解决城市暴雨内涝灾害问题,以海口市主城区为例,构建了基于InfoWorks ICM的城市综合流域排水模型,选用3场实测暴雨进行模拟分析,发现该模型具有良好的精度和可靠性。在此基础上,利用该模型对1、2、5、10、20年五种不同设计重现期的暴雨情景下研究区域排水管网系统的排水能力和积水深度进行模拟。结果表明,该模型能较好地评估研究区域的排水能力,且随设计暴雨重现期增加,研究区域的积水深度亦呈现出增加趋势,内涝灾害明显加重。     

汽油机燃烧过程模拟计算及爆震预测

将计算焰前反应的化学反应动力学模型与燃烧模型及湍流火焰传播模型相结合,建立了含有碳氢燃料焰前反应的简易化学动力学模型的汽油机双区燃烧模型。用该模型能较好地模拟汽油机燃烧过程,并能实现爆震预测,研究影响爆震发生的诸多因素。采用此模型对４９２ Ｑ Ａ 汽油机进行模拟计算的结果与试验结果能较好地吻合,证明了该模型的可行性。     

澧南垸分洪洪水演进的数值模拟分析

将澧南垸分洪闸流量过程作为边界条件,运用矩形结构化网格剖分计算域,利用MIKE21水动力学模块对其分洪洪水演进过程进行了数值模拟。通过选取的特征线及特征点,定量分析了澧南垸分洪洪水特征。模拟水位与实际水位的拟合结果基本吻合,表明MIKE21水动力学模型能较好地模拟澧南垸的分洪过程。     

基于Lattice Boltzmann方法的济南市城区暴雨洪水模型

为能够较好地模拟济南市遭遇强降雨时"南水北淹"的洪水运动特点,构建了一个既考虑淹没又考虑街巷洪水的城市雨洪模型,并在模型中的水动力学计算部分采用了Lattice Boltzmann方法。为判断模型精度,将模型的计算结果与该模型唯一控制站点小清河上黄台桥水文站的实测数据进行比较,并将重要道路上易受淹点的调查水深作为参考数据。结果表明,与实测数据和调查水深相比,该模型模拟结果较好,且由于在街巷洪水、河道汇流计算部分采用了Lattice Boltzmann方法,计算效率较传统的水动力学计算方法得到大幅提高。     

火花点火式天然气发动机燃烧模拟计算及爆燃预测

本文提出了一种利用化学反应动力学模型与燃烧模型及紊流火焰传播模型建立的点火式天然气发动机双区燃烧模型 ,用该模型能较好地模拟点火式天然气发动机燃烧过程 ,并能实现爆燃预测及研究其发生的诸多因素。采用此模型对CA6 10 2汽油机改装为点火式天然气发动机 (以下简称为“CNG发动机”)进行模拟计算的结果与试验结果能较好地吻合 ,证明了该模型的可行性。     

花火点火式天然气发动机燃烧模拟计算及爆燃预测

本文提出了一种利用化学反应动力学模型与燃烧模型及紊流火焰传播模型建立的点火式天然气发动机双区燃烧模型,用该模型能较好地模拟点火式天然发动机燃烧过程,并能实现爆预测及研究其发生的诸多因素,采用此模型对ＣＡ６１０２汽油机改装为点火式天然气发动机（以下简称为“ＣＮＧ发动机”）进行模拟计算的结果与试验结果能较好地吻合,证明了该模型的可行性。     

MIKE21水动力学模型在洪泽湖水位模拟中的应用

洪泽湖作为淮河流域最大的平原水库和南水北调东线工程的重要调蓄水库,确保其优良的水质和稳定的水位至关重要。根据洪泽湖的地形和水文条件,利用MIKE21水动力学模型,模拟了洪泽湖的水位变化过程。结果表明,MIKE21模型能较好地模拟洪泽湖水位过程,模拟误差均在可接受范围内,且模拟精度可满足计算要求。     

溃坝波数值模拟及其在坡面水流问题中的应用

为探讨不同方法模拟溃坝波的适用性和准确度,采用基于Roe格式的近似黎曼解方法与追踪自由表面的VOF方法模拟了二维对称矩形溃坝模型。结果表明,两种方法均能较好地模拟出溃坝波的传播过程,但与实测值的对比分析发现,采用Roe格式模拟的结果与实测值拟合较好,VOF方法对网格尺寸的要求较Roe格式更加精细。由此,基于既考虑降雨强度的变化,又考虑降雨动量和风的影响的缓坡和陡坡都适用的坡面径流基本方程,构建了基于Roe格式的坡面水流水动力模型,模拟了自然降雨条件下的坡面流运动情况,并通过相应的模型试验进行对比验证。模拟流速与实测流速之间拟合度较好,表明模型具备了模拟大坡度、浅水(深水)流的能力,为坡面流的水动力学机制研究提供了参考。     

硫碘制氢中碘化氢分解的化学模拟及实验研究

对热化学硫碘制氢中的碘化氢分解反应进行了化学热力学、动力学模拟以及实验研究,同时利用热力学的方法研究了氢气选择性膜对碘化氢分解率的影响.化学热力学模拟中,500℃下,HI的分解率只达到22.8%.但利用膜分离只移走氢气和同时移走氢气和碘蒸气的情况下,分解率分别增长了30.3%和54.8%.化学动力学模拟中,随温度的升高,Ⅷ浓度降低曲线呈现一定的线形规律,该分解反应对温度的敏感性较高.通过实验结果和动力学模拟结果的对比,该动力学模型能较好地描述HI分解的化学反应历程.     

降雨条件下双层土斜坡稳定性的简化分析方法

Green-Ampt模型原理简单、使用方便,在浅层滑坡的降雨入渗分析中有很大的应用潜力。推导了适用于双层土斜坡的Green-Ampt降雨入渗分析模型,并给出了降雨入渗量随降雨时间变化的解析表达式。提出的模型预测的孔隙水压力分布与Richards模型预测结果类似。在此基础上,基于极限平衡法提出了双层土斜坡的安全系数计算方法。研究表明,随着降雨时间的增加,湿润锋位置逐渐下移,安全系数随着也慢慢减小。当下层土强度较高时,最危险滑动面位于第一层土体的底部,在一段时间内安全系数将不随时间发生变化。但当雨水入渗深度足够大时,最危险滑动面重新位于湿润锋位置处,此时安全系数将随着入渗深度的增加再次增加。斜坡安全系数降低的速率随着降雨强度和斜坡坡度的增加而增加,因而在相同条件下高强降雨及坡度较陡斜坡更为危险。方法计算简便,可以更方便的应用于工程实践,并且具有继续研究的价值。     

台风暴雨诱发边坡破坏机理与动力演进过程研究

为分析台风暴雨诱发边坡破坏机理，基于4个台风期间实测降雨资料，针对福建某边坡遭遇台风暴雨时的安全状态开展数值模拟，以分析台风暴雨诱发边坡破坏及演进传播机制。对于失稳前的边坡，基于有限元法采用蒙特卡罗法计算边坡实时失效概率、可靠性指数，并揭示边坡渗流场及塑性区的瞬时变化特征。对于失稳后的边坡，基于光滑粒子流体动力学方法，采用基于Drucker-Prager准则的Herschel-Bulkley-Papanastasiou(HBP)流变模型计算其失稳后大变形行为，进而从滑动速度和堆积特征等方面分析滑坡动力灾变过程。结果表明，降雨是诱发边坡失稳的关键因素，边坡发生失稳后，其前缘滑动速度可达到15 m/s。研究结果可为极端条件下边坡工程的安全预警和防灾减灾提供借鉴。     

基于Caflood的济南城区雨洪淹没模拟

为快速准确模拟城市洪水淹没并分析其时空演化规律,基于元胞自动机洪水模拟软件Caflood建立济南城区二维洪水淹没模型,并对济南城区雨洪淹没进行模拟。利用5次代表性雨洪数据率定模型并通过3次代表性雨洪数据验证该模型;同时为分析不同地形复杂度下的模拟效果及效率,采取不同分辨率DEM数据对20170718特大暴雨进行模拟,并对不同分辨率的模拟结果与MIKE21模拟结果进行对比分析。结果表明,模型率定及验证结果平均误差为0.02m;20170718特大暴雨模拟图形化显示结果基本符合实际淹没情形;选取22个实测点,以10m分辨率DEM作为模型输入的Caflood模拟最大水深平均误差为0.21m,30m分辨率的模拟平均误差为0.33m,但30m分辨率DEM运行时间仅为10m分辨率DEM的1/15,而MIKE21模拟的平均误差为0.27m。由此可见该模型运行可靠、精度较高、能较好地反映洪水的运动特性,与其他分布式雨洪模型相比具有计算时间短、建模条件较低且适应性较好的特点,更适合城市洪水预警与应急预案。研究成果可为城市雨洪模拟与预报提供参考。     

HSPF模型在渌水流域洪水预报中的应用

近年来,流域暴雨洪水灾害事件频发,准确、可靠的洪水预报是有效预防和抵御山洪灾害的重要措施。以渌水流域为研究区域,构建HSPF半分布式模型,选取流域2013～2020年洪水资料中代表性较好的场次洪水完成模型参数的率定和验证,并采用确定性系数、相对误差等指标进行洪水模拟精度评价。结果表明,该模型在渌水流域场次洪水模拟中表现良好,15场洪水模拟的峰现时间、洪峰流量合格率分别为100.0%、80.0%,洪量及径流深的模拟合格率均为93.3%,确定性系数均值为0.80,总体预报精度达到乙级,说明构建的HSPF洪水预报模型在渌水流域具有较好的适用性,可为该地区的洪水预报提供依据。     

基于降雨-库水联合作用下三门洞滑坡演化过程与机制

三峡水库自2003年6月蓄水以来,大量滑坡发生了复活变形。为研究在库水位升降和降雨联合作用下滑坡复活变形的演化过程与机制,以秭归县三门洞滑坡为例,基于滑坡长期的地表位移监测数据,分析了滑坡变形的时空演化过程;基于领域粗糙集理论,对滑坡复活变形的主要诱发因素进行了判别;通过数值模拟分析了滑坡的变形演化趋势。结果显示,三门洞滑坡受周期性水位下降和汛期降雨的影响,其累计位移具有明显周期性和阶跃性。在空间上,滑坡不同部位的变形诱发因素并不相同,滑坡中后部变形主要受降雨影响,前部变形则主要受库水位下降影响。整体上滑坡变形对降雨和库水位的响应均存在一定的滞后性,变形强度从前至后逐渐减弱,为典型的牵引式变形模式。滑坡在快速降低水位并叠加暴雨后处于最危险状态,虽然滑坡目前处于基本稳定状态,但安全储备不高,随着变形的持续增加,在汛期和暴雨情况下存在整体失稳的可能,研究结果为同类型滑坡的防治提供了一定参考。     

轴流式潮流能发电装置导流罩水动力特性研究

以提高潮流能水轮机工作效率为目的,采用数值模拟和实验研究相结合的方法,通过改变影响导流罩水动力特性的几个关键参数,对4种不同母线线型的导流罩进行数值模拟,并初步分析开口张角对圆型导流罩水动力学性能的影响。研究结果表明:导流罩对于提高水轮机水动力学性可发挥重要作用,基于Fluent的数值模拟结果与实验值吻合较好,为轴流式潮流能发电装置导流罩的设计提供可行的方法和依据。     

煤焦燃烧模型的热重实验研究

基于热重分析法对无烟煤和烟煤的两种煤焦在不同氧浓度下(100％、30％、20％和7％，其余为氩气)的燃烧模型进行了研究．比较和分析了几种主要燃烧动力学模型的特点，采用一种新的统一模型和动力学参数对上述煤焦的燃烧过程进行了模拟．分析了煤焦颗粒比表面积在燃烧过程中的变化规律，改进了原有煤焦模型中的表面积系数的选取办法，模拟结果与实验结果吻合程度较好．该模型能够较好地对煤焦的燃烧过程进行模拟，而且采用变氧浓度的实验方法是一种研究煤焦燃烧动力学参数的有效途径。     

水平轴潮流能水轮机性能的数值模拟与实验

为预测所设计水轮机的水动力学性能,分别采用滑移网格与多参考系的旋转模型在ANSYS workbenchFluent中对设计的潮流能水轮机进行数值模拟,得到不同桨距角、不同尖速比下水轮机的轴向力系数、扭矩系数、功率系数。利用3D打印技术制作水轮机模型,并在实验水槽中进行模型实验。实验表明,所设计的水轮机具有较好的水动力学性能,实验值与2种旋转模型数值模拟对比表明,利用滑移网格旋转模型比利用多参考系旋转模型进行数值模拟得到的结果更加精确,计算时间相应有所增加。另外,利用滑移网格的方法得到不同尖速比下水轮机转子叶片的正负压力分布规律,可为水轮机工况分析与水轮机叶片加工制造提供指导。     

汶川震区震后沟谷暴雨泥石流暴发的可能性分析

汶川地震发生后的6年雨季里,灾区几乎年年发生新的暴雨泥石流。为了快速、准确地判别泥石流暴发的可能性,以9.24北川暴雨泥石流和8.13龙池暴雨泥石流为典型实例,结合野外调查,利用震后高分辨航空图像和暴雨后影像,分别提取泥石流流域中滑坡物源储量及流域地形数据,利用多元回归方法建立了汶川震区暴雨泥石流灾害预判模型。实例应用结果表明,该模型可靠、有效,可满足震区泥石流灾害排查的一些初步工作,尤其适合一些暴发大型和特大型泥石流灾害的沟谷。