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。     

河道平面二维恒定流水力的数值模拟

采用有限元法建立了一种用于求解平面二维恒定流场的数学模型，并提出了一种处理固壁不可入边条件的方法。方程离散具有通用和严格的特点，对合成后形成的非线性方程组采用牛顿迭代法求解，一般仅需４－７次迭代便能获得稳态解。模型除经过各种典型情况的考题试算外，还用长江中游界牌河段的实测资料进行了验算，结果与实测值符合良好。     

模拟二维水下爆炸问题的光滑粒子(SPH)方法

水下爆炸涉及两相流,是一个动边界的问题,迅速变化的气-液交界面给传统的基于网格的数值方法带来了严重的挑战。SPH法是一种拉格朗日方法,该方法可以准确且有效地捕捉气-液交界面。论文应用光滑粒子(SPH)法来模拟水下爆炸过程,特别给出了光滑长度的选取方法和优化算法。最后,通过两个算例验证该方法,数值模拟结果表明,光滑粒子法在处理水下爆炸这样的大变形和强非线性问题方面具有精度高、耗时少、数值稳定等优点。     

水力自控翻板闸门二维数值模拟研究

通过二维数值模拟研究了水力自控翻板闸门门顶门底同时淹没出流时的泄流能力,并结合以往翻板闸门工程水槽试验成果对计算结果进行分析。结果表明,计算结果拟合公式计算值和试验值较接近,可为翻板闸门的设计和运行中流量的估算提供参考。     

二维不恒定流数值模拟技术在滞洪区洪灾风险研究中的应用

随着计算机的发展，明渠不恒定流的研究产生了一个极大的飞跃，许多计算方法和模型应运而生，解决问题的范围也不断扩大。前几年，作者单位同水科院水力学所等单位合作，采用二维不恒定流数学模型，对面积1770km2、人口108万人的全国第二大滞洪区──滏阳河中游洼地（宁晋泊、大陆泽）进行了洪水演进数值模拟，并在微机及大屏幕上进行了洪水灾害的动态显示及数值预报，取得了有价值的实用成果。通过滏阳河中游洼地洪灾风险研究的合作，引进和掌握了二维不恒定流数值模拟技术，随后又将这一技术应用在保定市城市防洪规划，保霸铁路穿过大小王淀滞洪区行洪桥论证、中游洼地分区滞洪及滏阳河开卡研究、白洋淀除■开卡研究、京九铁路穿过文安洼可行性论证及中游洼地东围堤分洪穿过京九铁路洪涝水分析等项目中，均圆满地回答和解决了有关问题。     

宽顶堰淹没出流水气二相流数值模拟

采用VOF方法对宽顶堰淹没出流进行水气二相流数值模拟,其数值计算结果与模型试验结果比较吻合,表明宽顶堰淹没出流水气二相流数值模拟是可行的.     

潮汐河口平面二维非恒定流数值模拟

本文基于三角形网格划分，采用有限元法，建立了平面二维非恒定潮流数学模型。采用了质量集中、压缩存储的处理方法和“预估校正”的时间推进算法，较好地解决了有限元计算存储量和计算速度问题。对长江口南北支河段进行了验证计算，结果表明模型能较好模拟长江口南北支河段的潮流运动情况，且计算稳定性好、速度快、精度高。     

方管湍流二次流的数值模拟

本文采用新的向量势做法计算了方截面直管内的湍流流动。讨论了流场特征并导出了不同区域的简化方程。计算结果跟实验相符,实际模拟了平均量和湍流量的主要特征。     

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。     

二维非恒定粘性泥石流运动堆积的数值模拟

以结构二相流模型为基础,建立了二维粘性泥石流运动堆积的数学模型。模型采用三角网格的有限差分方法,具有计算效率高、边界处理精度高的优点。针对粘性泥石流运动速度快、龙头部位前缘坡度陡的特性,简述了计算中的动边界处理及泥石流停积条件的处理方法。以云南东川蒋家沟泥石流堆积试验为例,模拟了不同来流补给量下粘性泥石流的运动堆积过程。     

蜗形滞流器结构尺寸对其外特性影响规律的三维数值模拟

蜗形滞流器可有效地改善城市内涝现象,在欧美国家已有较大规模应用,但国内外缺乏对其核心技术的报导,以致在国内没有得到广泛推广和应用。以研究形滞流器结构尺寸对其外特性的影响规律为目标,选择滞流半径为300 mm、450 mm、600 mm、750 mm等不同型号,采用VOF模型进行三维数值模拟分析。结果表明:结构尺寸对于蜗形滞流器外特性的影响并非线性关系;针对同一半径的蜗形滞流器,其进口尺寸直接影响其外特性曲线,且其宽度的影响大于其高度的影响;半径不同的蜗形滞流器的外特性也不相同,但趋势一致;通过对比发现,半径为430 mm的蜗形滞流器能够产生最高的滞流效率。研究成果对蜗形滞流器在城市排涝中的推广应用具有一定的参考价值。     

混凝土破裂过程三维数值模拟及CT验证

将混凝土简化成由骨料、水泥砂浆及其二者之间的界面层所组成的三相复合材料,建立了混凝土骨料随机分布三维模型,用界面单元多次细分技术进行有限元网格划分,基于弹性损伤本构关系采用双折线损伤演化模型描述混凝土细观各相弹性损伤退化,用弹性模量的折减程度来反映混凝土试件在加载过程中的损伤程度。对混凝土圆柱体试件进行了数值模拟计算,并从混凝土破坏过程图和荷载-位移曲线图两方面比较了数值模拟的破坏过程与CT试验结果,发现试件破坏时裂纹的萌生、扩展过程与CT观测到的过程具有相似性,说明用本文建立的三维数值模型模拟混凝土材料的损伤破坏过程是基本可行的。     

龙抬头式放空洞有压段体型优化 三维数值模拟研究

本文建立了放空洞水流三维k-e紊流数学模型,通过对多个库水位工况下水流数值模拟 结果的泄流量与水工模型试验结果进行了比较,验证了数学模型的可靠性。通过数值模拟方法对 放空洞检修闸收缩段和龙抬头竖弯段进行了优化。研究结果表明:加长收缩段长度和提高收缩段 进口高度可使壁面压力分布显著改善,并且在导流闸出口两侧采用内圆弧也可使收缩段进口两侧 局部压力分布改善。     

黑龙江干流松花江汇口江段三维数值模拟研究

为了详细了解黑龙江干流松花江汇口河段的水流流场情况,采用三维数学模型方法对松花江汇口段进行模拟研究.并引进水气两相流的VOF模型,与k-ε模型结合的方法进行计算模拟.数值求解采用SIMPLE 算法的改进形式SIMPLEC算法.网格划分则采用了非结构化混合网格以增强对复杂边界的自适应性.     

三级配混凝土劈拉强度二维细观数值模拟

为从细观结构上研究混凝土劈裂抗拉强度,通过自编程序建立混凝土细观模型,采用混凝土损伤塑性模型描述细观各相材料的损伤演化。利用有限元技术数值模拟三级配混凝土试件的细观损伤断裂和劈裂抗拉强度,探讨了不同骨料分布、骨料形状、垫条宽度及界面厚度对劈裂抗拉强度的影响。结果表明:不同骨料分布和骨料形状对劈拉极限强度略有影响,但数值模拟结果均在试验统计范围内,且与文献资料中给定的试验结果相符。按照现行试验规程选取垫条宽度时,可以有效地缓解加载部位应力集中现象,使劈拉强度接近真实混凝土强度。骨料粘结界面厚度越小,混凝土劈拉极限强度越高。