基于SPH方法实用堰水流的数值模拟

以数值模拟实用堰水流为目标,采用光滑质点水动力学方法,根据流量与上游水深关系,得到SPH方法推板模型入流边界。针对SPH方法明渠流动中的入流边界问题,利用添加推板模型的SPH方法对二维实用堰溢流水力特性进行数值模拟,获得实用堰水流水力特性,并进行物理模型试验,验证添加推板模型SPH方法的有效性。通过对流场、断面平均流速对比分析,结果表明:推板模型结果与试验结果吻合较好,推板模型可以准确的描绘水流运动状态;通过流量对比分析,在溢流过程中,推板模型与试验结果平均值相差-1.43%,推板模型可以保持实用堰上游水位恒定,提高计算精度。研究成果初步验证了推板模型的可靠性,为SPH方法入流问题提供了新的解决方法,具有一定的参考价值。     

二维滑坡涌浪的SPH方法数值模拟

块体滑坡往往引起自由水面的剧烈变化,研究块体滑坡激发的水面波动一直是水利与海岸工程界非常感兴趣的问题。该文使用SPH方法（光滑质点水动力学）对水下块体下滑引起的自由表面水动力学过程进行了二维数值模拟,并将数值计算结果与试验数据作了对比,计算结果给出了块体下滑过程中,水体表面出现的二次卷破现象,以及在块体上方出现两个方向相反的旋涡,显示了SPH方法对处理块体下滑引起的自由表面大变形问题具有十分优越的特性。通过数值试验,文中还讨论了滑块下滑速度对自由表面破碎和形成的旋涡个数的影响。     

基于Herschel-Bulkley流变模型的滑坡涌浪数值模拟方法研究

山区水库滑坡涌浪灾害严重威胁库区航运、水工建筑物及沿岸城镇的安全,针对这类次生灾害进行预测和早期防范具有重要意义。滑坡冲击水体形成涌浪的动力过程十分复杂,对其进行准确模拟一直是近年来的研究热点。本文将滑坡视为由流体化物质组成的一类连续的特殊流体,在满足连续方程和动量方程的基础上,引入Realizable k-ε紊流模型和VOF模型,采用自定义函数程序控制滑坡流变特征和底部摩擦阻力,利用有限体积法模拟了Lituya海湾滑坡涌浪运动的全过程,数值模拟得到的涌浪生成形态、速度矢量场与试验结果吻合较好。通过对库区滑坡涌浪开展三维数值模拟,定量获得了不同时刻下库区内涌浪的运动信息。结果表明,涌浪在狭窄顺直河道内传播时波高衰减缓慢,波形类似于孤立波,而在库区弯道地形影响下波幅会迅速衰减。论文研究成果可为科学制定涌浪灾害应急预案和紧急避险方案提供依据。     

基于SPH的自由表面流动数值模拟

光滑粒子流体动力学方法是一种新近发展的无网格数值方法,在处理自由表面等复杂边界、流体大变形方面具有显著优势.应用该方法求解了拉格朗日形式的Navier-Stokes方程,为提高计算精度,本文通过采用两种粒子模拟固壁边界,改进了计算方法.并对湍流、粘性流体、不可压缩问题进行求解.通过二维和三维算例对近岸水动力学中波浪传播、变形、与建筑物的相互作用问题进行了数值计算,验证了其可行性,并为SPH的进一步扩展和应用奠定了基础.     

基于SPH的泥石流重力式拦砂坝削峰效应研究

拦砂坝削峰效应是衡量拦砂坝防治效益的一个重要指标。为研究泥石流重力式拦砂坝的削峰效果,利用SPH建立三维模型,对比分析数值模拟与物理试验两种不同方法的模拟结果,论证SPH模型的可用性;并以四川省绵竹市清平乡文家沟为例,估算不同泥石流事件下拦砂坝对过坝泥石流的削峰比例。研究结果表明:泥石流削峰效应受总库比和泥石流重度的影响,削峰率与总库比呈对数关系,与泥石流重度呈线性关系;在数值模拟结果与物理试验结果的对比中,两种方法的相对误差均值为12%,采用SPH模型研究泥石流削峰效应可行;对文家沟泥石流事件进行削峰分析时,获得了近年来文家沟泥石流的削峰率均值为53%,较好地量化了拦砂坝对泥石流的削峰效应。     

基于SPH方法的二维宽顶堰溢流数值模拟

光滑粒子水动力学方法(SPH)是一种基于纯拉格朗日思想的无网格粒子方法,在众多科学和工程领域得到了初步应用。采用SPH方法对二维宽顶堰溢流进行了数值模拟,并利用机群进行并行计算来提高计算效率,将模拟数据与试验数据进行了对比。结果表明,SPH方法可以模拟出二维宽顶堰自由出流和淹没出流时水流流态、水跌、回流区、水跃现象,计算出溢流流量、流速等水力参数,并且采用数据拟合得出与理论相符的断面流速分布图。结果表明了SPH方法可以较好模拟二维宽顶堰溢流中的流速分布以及水面曲线。     

基于SPH消力池内陡坡水跃的数值模拟

为了满足明渠水流入流的边界条件,扩展SPH方法在明渠恒定流模拟中的应用,本文建立SPH方法的出入流模型,通过设置相应的出入流边界条件,研究不同坡度下消力池内陡坡水跃特性。针对两种不同流量,对斜坡坡角θ分别在20°、30°、45°条件下的陡坡水跃进行数值模拟。模拟结果与文献中的实验结果进行对比分析,结果表明:出入流模型能为陡坡水跃的数值模拟提供稳定的水流。各陡坡不同流量下水面线的变化趋势基本相同,误差均在±10%内;相同坡角时,单宽流量为0.063 m~2/s的消能效果均大于单宽流量为0.105 m~2/s的消能效果。该方法处理出入流边界简单,合理准确,能够较好地模拟不同坡度下消力池内陡坡水跃,得到陡坡水跃特性,具有一定的可行性和可靠性。     

基于SPH方法的自由水面溢流过程开边界数值模拟

SPH方法是近年发展起来的流体数值模拟的一种新方法.目前,SPH方法流体模拟主要是经典的激波、Poiseuille流、Couette流、腔内剪切流及像溃坝一样的自由表面流动.均属于初始给定所有粒子的闭边界数值模拟.该文依据SPH方法,采用周期运动边界,实现了溢流坝自由表面流开边界数值模拟.计算水面线与物模实测结果吻合较好.     

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。     

基于SPH方法的两平行平板间层流的数值模拟及验证

基于SPH方法的基本原理,综合考虑了对各种定解条件的设置,用Fortran语言独立编写了一套用于模拟两平行平板间层流的SPH二维计算程序,并应用于泊肃叶流和库埃特流的数值模拟之中,将模拟结果与理论解析解和通过Flow-3D软件数值模拟得到的数值结果进行对比,分析表明三种方法得到的计算结果非常吻合,从而实现了对SPH数学模型和SPH计算程序的验证,为SPH方法的进一步发展和广泛应用奠定了一定的基础。     

基于Morgenstern-Price法的二元结构滑坡反演分析

边坡稳定问题在水利水电工程勘察设计过程中比较突出,其对工程安全稳定有较大影响。研究区第一次边坡治理时采用简化毕肖普法进行稳定计算,参数为现场取样室内试验获得,实施后抗滑桩仍有较大变形。分析认为计算模型选择不当,且饱和状态下的岩土体力学参数选取偏大,导致计算结果失真。第二次治理时重新建立力学模型,基于Morgenstern-Price法极限平衡理论,采用河海大学开发的Autobank软件对研究区边坡稳定性进行敏感性分析,研究黏聚力c和内摩擦角φ对安全系数的影响,利用敏感性变化关系,反演岩土体力学参数,为二次滑坡治理提供依据。治理后监测结果显示,第二次边坡治理措施安全可行,说明反演得出的物理力学参数可靠。此反演分析法对类似二元结构边坡工程稳定计算具有借鉴意义。     

基于灰色马尔可夫链的兰村泉域地下水位预测

将兰村泉域S1长观孔2001—2010年的年平均水位埋深作为特征因素序列,降水量和人工开采量作为相关因素序列,采用灰色系统理论将GM(1,N)模型应用于兰村泉域岩溶地下水位埋深预测,并应用马尔可夫模型对输出结果进行残差修正。结果表明:经过修正后的GM(1,3)模型的拟合精度达到97.41%,比没有经过残差修正的GM(1,3)模型高出9.62%,修正后的预测值更加贴近原始值,准确性提高。采用马尔可夫残差修正模型对2011—2013年兰村泉域水位埋深值进行预测,结果表明:2011年、2012年、2013年的地下水位预测值分别为33.24、32.01、31.12 m,地下水位缓慢回升。     

基于顾客数据库分析的概率模型

随着越来越多的公司开始收集丰富的客户层面的数据库,对"客户数据库分析"这一新兴概念的关注变得越来越普遍和重要。这类分析包括前瞻性的预测——从总销售额到个人层面的有条件期待值,反过来这一期待值可以用来估计客户终身价值。对此简析此类能不断满足新挑战的简约的模型,也即概率模型。首先提出一个能指明不同商业环境和客户关系之间的某些显著差别的分类,并明确商业环境和客户关系之间所产生的独特建模和测量问题,接着就这些建模问题进行更为深入的探讨——从非签约性环境到签约性环境,回顾该领域最新文献,强调从研究得出独立的见解,以及得出这些见解所采用的方法。强调在实际中应用正确的经过筛选的数据摘要,如新旧程度和频率,并依据广泛使用的软件包,如Microsoft Excel。     

基于建筑密度系数的二维城市洪水数值模拟

城市密集建筑群的存在对城市洪水演进有很大影响,而根据建筑物的尺寸和高程采用高分辨率网格进行逐渐构建的方法在大范围洪水数值模拟中有一定的局限性。因此,如何高效模拟出建筑群在洪水中的影响对城市洪灾风险评估至关重要。在浅水方程中引入了建筑密度系数以反映建筑群对城市洪水运动的影响,并建立二维城市洪水数值模型。模型采用中心迎风格式计算界面通量,并对界面两侧变量进行线性重构,使其在空间上有二阶精度。为保证模型的和谐性和稳定性,底床坡度项采用中心差分法离散,底床摩擦项和局部水头损失项用半隐式法离散。当库朗特数满足条件时,模型能保证计算水深在任何时刻是非负的。算例分析表明,模型在计算中可以将建筑群区域视为一个整体,受网格疏密制约较小。在计算精度相近的情况下,计算需时约为高分辨率网格法的1/50,能够简便、高效地模拟洪水在城市建筑群中演进的过程。     

一种区域地下水位预报的时间序列分析组合模型

根据地下水位动态变化的特征 ,建立提取水文趋势项的时间序列分析组合模型 ,并用逆函数法对地下水位进行预报。经典型实例验证 ,模型精度较高 ,具有一定的实用价值     

山区河道斜交桥梁的防洪计算分析

山区河道弯曲狭长,洪水期峰高流急,而受地形和线位制约,很多桥梁不得不采用斜交方式跨河,进一步增加了阻水面积,给河道防洪造成很大压力。以拟建兰江特大桥为例,通过二维数值模型计算分析斜交桥梁扭转桥墩和增大桥跨两种结构优化方案对山区河道防洪和河床冲刷的影响效果。结果表明:扭转桥墩轴线与水流方向平行可以减小斜交桥梁对河流的阻水效应,并且可以改善桥墩的挑流作用,减小河道冲刷;增大桥跨(减少桥墩阻水面积)也是减轻桥梁阻水的有效措施,再结合扭墩对桥梁结构进行优化,可以显著减轻桥梁阻水作用,改善桥墩的挑流作用,并且减轻对河道的冲刷。     

基于模糊积分模型的水资源配置方案综合评价

文章以天津市为例,从社会系统、经济系统与资源效率系统3个方面筛选评价指标,通过层次分析法与熵值法相结合的主客观综合赋权法确定评价指标权重,构建水资源配置方案评价体系;采用分层模糊积分模型对研究区8种水资源配置方案进行综合评价和排序。结果表明:利用模糊积分模型对水资源配置方案进行评价客观合理、准确。研究结果对当地的水资源配置具有一定的参考价值。     

基于SPH无网格法的纺锤形桩靴连续贯入过程模拟

纺锤形桩靴在饱和土中贯入过程涉及土体极大变形和复杂的土、水、结构三者耦合作用,由于网格畸变问题,采用传统网格类数值方法很难进行模拟。SPH无网格法借助于一系列粒子进行插值,粒子与粒子之间无联系,将偏微分形式的控制方程转化为常微分方程组进行求解,可有效避免网格畸变问题。基于土-水-结构耦合SPH无网格算法,对桩靴在中密、密实砂土及饱和黏土中的连续贯入过程进行模拟,研究土体存在极大变形条件下桩靴贯入阻力、超孔隙水压力及总应力等物理量在贯入过程中的变化规律,并与CEL大变形有限元分析结果及室内离心机测值进行对比和分析。研究结果表明:采用土-水-结构耦合SPH算法可以准确地捕捉土、水混合物发生大变形时的自由面特征、贯入阻力、孔隙水压力及超孔隙水压力等物理量。     

基于VOF模型的台阶式溢洪道数值模拟

为了深入研究台阶式溢洪道水流特性,通过利用FLUENT软件,采用标准k-ε紊流模型模拟湍流流场和VOF模型追踪自由水面的方法对某水库台阶式溢洪道流场进行数值模拟,得到了台阶式溢洪道的自由水面、水流流场、压强分布等水力特性,并与物理模型试验结果进行对比.结果表明:计算值与实测值吻合较好,数值模拟能够快捷获得更加全面的流场信息;同时发现,台阶内存在漩涡,紊动能和紊动耗散率较大,台阶水平面存在压强峰值,而垂直面出现负压区,可为台阶式溢洪道的优化设计提供可靠的参考依据.     

凹陷地形对滑坡体渗流和稳定性影响的数值分析

基于现场地质调查和室内试验,再结合非饱和土力学理论建立计算模型,将孔隙水压力分布和非饱和强度理论应用到极限平衡法中,对降雨作用下秦巴山区紫阳县的凹陷地形滑坡体进行瞬态渗流、稳定性的饱和-非饱和数值计算。结果表明:凹陷地形易汇水并诱发滑坡,单位厚度坡体产生的最大孔压与该凹陷地形面积大小成正比;单位土层厚度的1 000 m²的凹陷地形范围内最大能产生1.47 kPa的孔压。研究结果可供类似地形中滑坡体渗流和稳定性的数值计算参考。