干支流汇合口平面二维水沙数学模型研究

天然河流中存在着大量的干支流交汇的河段,一般交汇河段都具有复杂的水流条件和地形条件,对于交汇处复杂边界条件下所引起的水流运动及河床变形研究造成一定的困难。以长江和沱江汇合口为例,针对汇合口河段复杂的地形和河势,建立了贴体正交曲线坐标下的平面二维水沙数学模型,克服了边界复杂及计算域尺寸悬殊所引起的困难,采用欠松弛技术求解...     

河道平面二维水沙数学模型的有限元方法

作者采用有限元方法建立起一套河道平面二维水流泥沙数学模型。在前人研究的基础上 ,采用了质量集中的处理方法 ,提出了压缩存储的方法 ,从而大大减少了计算存储量。针对有限元法时间步长需取得较短问题 ,采用了“预报 校正 迭代”的算法 ,提出了“非恒定 恒定 非恒定流”的算法 ,既能解决工程实际问题 ,又大大减少了计算量。作者以下荆江监利河段为例进行泥沙冲淤计算 ,计算结果与实测值符合较好 ,从而证明了模型的可靠性     

库区平面二维水沙数学模型的 研究与应用

本文建立了库区平面二维水沙数学模型,应用有限体积法思想,增强了模型的适应性和灵活 性。利用该模型对庙宫水库库区内的水流和泥沙冲淤进行分析研究,结果表明,模型能较好地模拟水 库的河道水流泥沙运动及河床变形情况,将其应用于庙宫水库蓄水排沙预报的模拟计算中,通过综合 对比,提出了水库现状泄流条件下最优清淤方案。     

溃坝洪水演进平面二维数学模型初步研究

采用逆风格式的有限差分算法,建立了浅水方程的平面二维溃坝洪水演进数学模型。提出了洪水演进计算中“干湿”边界的处理方法,较好地解决了动边界模拟问题。研制了数学模型后处理模块,实现了溃坝洪水演进过程的动态演示。采用Fraccrollo等的部分溃坝模型试验成果对数学模型进行了检验,除溃坝初期在口门附近的水位存在一定差异外,其他位置验证较好。并将该模型应用于天然干河床的洪水演进计算。     

平面二维动态水质数学模型

本文根据工业环境影响评价的需要，提出了一个平面二维动态水质数学模型，该水质数学模型以ＮＨ３－Ｎ，ＤＯ，ＣＯＤ为评价参数，考虑了大气复氧，ＣＢＯＤ和ＮＢＯＤ的降解和沉淀，底泥耗氧，温度等影响因素。针对具体评价河流，本文进行了模型参数的选取及灵敏度分析，并对该模型进行了验证与应用，结果表明该水质模型具有较高的计算精度和较强的预测能力，为工程环境影响评价提供了一个有力的工具。     

天然分汊河流的平面二维数值模拟

利用边界拟合坐标变换系统下的计算区域分解－组合处理技术、支流耦合迭代计算方法、支流迭合对接型坐标变换网格与非对接型流网正交坐标系统等新思想建立了适应很复杂河道情况与水力条件的平面二维天然分汉河流的流场与浓度场的数学模型．并通过计算实例验证了模型在工程中应用的可靠性与有效性．     

黄河河口水沙运动的二维数学模型

本文针对黄河河口河道水沙潮波的特点，从水流连续方程、运动方程，泥沙运动方程出发，补充了潮流挟沙能力的计算公式，建立了黄河河道河口二维数学模型。以1982年实测资料，从潮位过程、流速大小和方向及海底冲淤变形等方面对数学模型进行了验证计算。在此基础上开展了典型水沙条件下黄河河口泥沙运动规律的模拟研究。其结果揭示了黄河河口清水沟所处海域的潮流潮汐特性和泥沙输移规律。这些成果与实测资料以及卫星遥感分析结果一致，进一步表明了模型的可靠性。     

二维水沙数学模型在复杂河道治理中的应用

本文结合北江下游具体河段，针对河段弯曲及河道分汊的特性，考虑岸滩崩塌展宽进行边界处理，建立了二维平原型弯曲河道水沙数学模型，正确地计算模拟了河段中大江心洲和丁坝的绕流阻水现象，准确地处理了滩地漫水、鱼塘及挖沙坑蓄水及其对河道演化趋势的影响，为河道的科学治理提供了依据。在计算方法上，本文采用了二维有限元的方法，可进行网格自动剖分和局部加密计算模拟。     

考虑水沙相互作用的河堤溃决二维数值模型

该文建立了洪水漫堤导致河堤溃决的平面二维水沙运动数值模型,以模拟溃口扩展和堤身冲刷的过程。该模型基于有限体积法、采用显式格式求解平面二维水流运动和非平衡全沙泥沙输移方程,并考虑了边坡崩塌、底床急剧变形以及高浓度泥沙输移对水流运动的影响。溃口处的混合流场采用HLL approxim ate Riemann solver处理,非黏性土溃口边坡的崩塌采用不同干、湿静止角处理。通过对英国HR Wallingford实验室一组实验的计算,结果表明该模型能较好地模拟非黏性土堤坝溃决过程中的溃口展宽、坝体冲刷、流场分布以及溃口流量过程线。对模型参数的敏感性分析显示了水沙耦合溃决模型的非线性特征。     

基于有限体积法的准二维水沙数学模型

天然河道水沙运动过程复杂,单纯的计算不能满足研究中对水沙运动过程分析的需要。本文基于守恒形式的有限体积法建立了一套准二维非恒定水沙耦合数学模型,既能保留一维模型稳定性好、计算速度快的优势,又在一定程度上具有二维模型的特点,能反映河床高程的横向变化。本文建立的数学模型,能够准确模拟水流和泥沙的运动情况,且对于河床淤积采用了不同的冲淤分配模式,对工程实践中的河床变形计算具有重要参考价值。     

沉沙池流场特性及泥沙运动数值模拟

沉沙池在水利水电工程中是一种十分必要的水工建筑物,在处理泥沙中发挥了重要的作用,为后续下级设备正常运行提供了可靠保障。采用标准k-ε模型,建立石门坎水电站现状、优化后的沉沙池模型,模拟了沉沙池内的三维流场,并运用离散相DPM模型模拟了泥沙运动,得到了更加精细的沉沙池内水流形态、流速场分布及池内泥沙运动轨迹和沉降效果。     

三门峡库区泥沙数学模型研究与验证

详细介绍了三门峡水库泥沙数学模型中一些关键技术和模拟方法,并在原有数学模型基础上进行了改进和完善,数学模型的率定和验证结果表明：模型比较好地反映了黄河小北干流、渭河、北洛河以及潼关以下河段的冲淤特性,各主要河段计算冲淤量与实测资料符合较好;计算汛期、非汛期潼关高程升降值与实际相差很小,计算的潼关高程变化过程与实际基本一致,计算精度可满足水库不同运用方案的比较;模型也能够比较好地反映三门峡水库在溯源冲刷期间的冲刷量和冲刷部位。     

弹塑性各向异性损伤模型的FLAC3D开发与数值验证

探讨适用于硬岩的各向异性损伤模型在FLAC^3D中的实现方法。首先,基于不可逆热力学框架下的弹塑性损伤本构基本理论,结合弹塑性力学塑性势与非关联塑性流动法则,导出了弹塑性各向异性损伤本构模型的增量形式及损伤演化速率的计算公式,在此基础上,采用复合M-C准则并考虑黏聚力随损伤的逐步弱化,详细给出了该损伤模型在FLAC^3D中的实现流程并探讨了相关细节处理方法,编写了相应的DLL文件以供调用。进而,通过圆柱试样的压缩数值试验验证其正确性与合理性,结果表明该损伤模型能够较好地描述岩石材料的非线性力学行为;以一个概化的地下洞室分层开挖实例初步检验了模型的应用效果,计算所得洞周损伤较大部位与实际工程中直接或间接观测到的围岩损伤情况较为一致,由此表明以拉应变度量的损伤及其演化方程能够合理地反映硬岩的损伤本质。     

基于动网格模型的弹簧式灌水器流场数值模拟研究

弹簧式灌水器因其灌水均匀,流量稳定等优点得到广泛应用,但由于弹簧式灌水器内部结构复杂,进一步研发和优化受到阻碍,为获得灌水器流道相关水力性能的关系,采用动网格及UDF(用户自定义函数)技术,对弹簧式灌水器的流动进行了三维静态及三维动态数值模拟对比研究,将计算值与试验值对照分析,获得水头损失、上下游压差力与流量之间的关系。结果表明:三维动网格模型与三维静网格模型的计算精度接近,但三维动网格模型能更真实地模拟出三维静网格模型所不能反映的运动边界。     

河床冲淤幅度判别指标与水流挟沙力公式验证

以河床变形方程为理论基础,提出了河床冲淤幅度判别指标,为资料的选取及适应性评价提供了一个统一的标准.采用经这个判别指标界定的黄河中下游实测资料,对若干在黄河上较有代表性的公式进行了检验,结果表明对于微冲微淤资料,张红武公式计算点群较集中地分布在45°线两侧,计算值与实测值吻合最好;吴保生、刘兴年、曲少军3家公式计算结果较为接近,从计算值与实测值对比情况看,点群较为分散且偏小;曹如轩公式计算值与实测值相比偏大且点群散乱;刘峰公式计算值与实测值相比偏大甚多.这也说明了现有挟沙力公式本身对冲淤判别非常不灵敏,对冲淤的反应功能都相当弱.同时表明,在水流挟沙力公式验证中引入冲淤幅度指标可以增强所选资料的合理性,具有较好的实用性.     

连续急流弯道水流泥沙的数值模拟

建立了具有连续急流弯道河流平面水流、泥沙数学模型 ,并采用有限差分法对方程进行离散求解。运用该模型对山西省阳泉市桃河治理河段的水流泥沙情况进行计算 ,得到的数值模拟结果与模型试验结果基本相符 ,表明该模型在工程上具有一定的实用价值     

黑岗口水库水沙特性的数值模拟

小浪底电站建成后,作为开封市水源地的黑岗口水库不再进行排沙,为了研究黑岗口水库的多年的水沙沉积及分布问题,通过对花园口水文站观测数据及黑岗口引流量数据的分析,结合黑岗口地形数据,依据插值和拟合数学理论,利用Flow-3D软件进行建模并进行数值计算得到水库泥沙的空间分布,并推导预测黑岗口水库未来的水沙分布及趋势分析,对黑岗口水库的管理及优化引水工作方式等提供依据,具有一定的现实意义。     

基于颗粒流的基桩自平衡测试法数值模拟

为了揭示基桩自平衡测试法在加载过程中单桩的承载特性以及桩土相互作用规律,基于二维离散元软件PFC^2D模拟工程实践中基桩自平衡测试法的加载过程,分析单桩在受荷条件下的模拟试验。研究结果表明:①在加载初始阶段,桩侧阻力要优于桩端阻力发挥,但是桩端阻力也有一定的发挥,随着加载的进行,桩端阻力开始占据一定的作用;②在加载过程中,桩周土体孔隙率呈有规律的变化,具体表现为桩端一定范围内的土体孔隙率减小,且越靠近桩端,孔隙率变化越大,沿竖直方向变化趋势减小,桩侧土体孔隙率的变化则主要是荷载箱附近和上段桩上部一定范围内增大;③在加载过程中,随着荷载的增大,桩周土体颗粒之间的配位数,土体水平向应力、竖直向应力以及桩周土颗粒的位移均呈有规律的变化。研究结果可为自平衡测试法的理论研究提供参考。     

全沙排沙漏斗浑水流场特性及输沙规律

本文通过全沙排沙漏斗三维流场的测试，分析了清、浑水流场流速分布特性和泥沙输移规律，揭示了因泥沙的存在使清、浑水流场流速分布产生了较大的差异和高效输沙的原因。