曲线坐标下平面二维水流计算的代数应力湍流模型

本文对浅水流动的控制方程进行坐标变换,导出了非正交曲线坐标下平面二维水流计算的代数应力模型公式,建立了非正交曲线坐标下平面二维水流计算的代数应力湍流模型。采用实验室连续弯道进行流场验证,给出了速度场、湍流动能、湍流动能耗散率和各应力的分布图,比较了本模型与k-ε模型的湍流动能和湍流动能耗散率在各断面上的分布,结果显示了本模型定量上的正确性。     

曲线坐标下三维水动力学生态综合模型的建立

为了获得高分辨率、高精度及快速的数值模拟计算成果,以便解决复杂边界的工程实际问题,本文研究了通用形式表示的湍流代数应力模型流动基本方程组在拟合坐标系中的转换。通过该模型方程组的转换,并结合具有生物化学作用过程的生态子模型,建立了曲线坐标下三维水动力学的生态综合模型,便于复杂边界工程问题的方程组求解及对未来情况的预测和评价。     

正交曲线坐标在湍流计算中的应用

选用直角座标系来计算流场的几何边界为曲线或曲面的这样一些有实际意义的流动,通常导致误差较大,边界处理很不方便,并且很不经济。在本文的计算中,我们采用贴体的正交曲线网格来处理曲线边界。正交曲线网格通过用迭代和有限差分形式求解Possion方程,并运用Visbal ＆Knight的二步网格生成法获得。在流场计算中,我们用k-ε二方程形式的Boussinesq粘度模式(BVM)封闭时均流动方程中的雷诺应力,同时,时均流和湍流的控制方程都写成与它们在直角座标系中相同的形式,从而使一般的直角座标形式的计算软件可以继续使用。通过计算并与实验数据比较,显示本文的组合方法基本有效可靠。     

正交曲线坐标下一种有效的弯道河流数值模型

选取跟踪河道中心线走向的正交曲线坐标系,提出此坐标下的BGK Boltzmann方程,由明渠水流中微、宏观变量之间的基本关系建立了一种有效的弯道河流数值模型。通过对弯道水槽试验进行数值模拟,结果表明模型有较好的模拟弯道水流的能力。     

正交曲线坐标下河口二维潮流过程计算

采用正交曲线坐标对多人流多岛屿的喇叭型河口计算域进行了坐标拟合，用控制体积法(SIMPLEC程式)对拟合坐标下的水流连续方程和动量方程进行离散，在求解过程中采用了欠松驰技术、块修正技术和ADI逐行法，用“露滩冻结”动边界技术模拟珠江口黄茅海的二维潮流计算域，较好地解决了边滩、浅滩边界随水位的变动问题。验证后的模型成功地复演了1992年7月洪水大潮和11月枯水中潮的潮流过程。     

拟合曲线坐标下弯曲河段水流三维数学模型

在采用拟合曲线网络系统模拟天然河道边界基础上，建立了符合弯道(含急弯河道)水流特性的贴体坐标系下三维数学模型，并针对弯曲河段可能引起的回流及环流，引入双方程κε紊流模型精细模拟，经长江某急弯河段的实例计算，取得较为理想的效果。     

应用灰色代数曲线模型分析初始地应力场

利用灰色代数曲线模型(GAM)建模理论对多元非线性系统的初始地应力场进行了系统分析，用有限元模型计算值拟合实际初始地应力场、研究结果表明，拟合精度满足工程要求，并经工程实例证实，计算工作由MATLAB软件编程完成。     

曲线坐标系下考虑植被影响的三维水沙数学模型

建立曲线坐标系下的三维水流泥沙湍流运动模型模拟弯曲渠道内布置水生植被后的水流结构和河床变形分布,计算了试验室60o弯道内流经植被的水流流速平面结构和断面分布以及不同植被布置情况对水流泥沙运动和床面变形的影响。数值结果较好地再现了试验规律。计算结果表明在弯道内布置植被会改变水流流速分布情况:植被覆盖区域的水流流速降低、弯道内二次流减弱和泥沙运动减弱,而非植被覆盖区域的水流流速增大、断面二次流依然存在且泥沙运动加剧。通过比较两种水生植被布置条件下的床面变形情况,发现合理布置植被可以减缓凹岸的泥沙侵蚀,但也会加剧凸岸的泥沙淤积。     

基于混凝土应力-应变关系的正交各向异性损伤模型及其应用

基于混凝土规范推荐的单轴应力应变关系曲线,结合损伤力学,推导了损伤演化方程。结合混凝土材料的五参数破坏准则,采用等效单轴方法可将单轴损伤演化方程推广为三维情况,建立计算模型,最后,采用APDL语言实现了程序化。通过对多种条件下混凝土试块的数值计算,得到了与试验比较一致的结果。对溪洛渡高拱坝进行计算的结果很合理。由于模型所需的计算参数少,同时又能比较准确地反映混凝土材料的损伤程度,因此便于工程应用。     

多路换向阀流道数值模拟的一种新方法——代数应力模型

本文根据Ｎａｉｖｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程推导一种比传统数学方法更优越的代数应力模型，这种模型除了能计算出传统的速度和压力外，它还能计算出紊动能和紊动耗散率等。对多路换向阀的流道进行数值模拟的结果与实验结果相比，吻合较好，因此可以证明这是研究液压阀流道的一种很有效的数值方法。     

长江口边界拟合坐标的三维潮流数学模型

在正交曲线坐标系下 ,采用坐标变换、有限差分、交替隐式求解、动边界处理等方法 ,建立了边界拟合网格的三维潮流数学模型 .应用在长江口潮流场的计算中 ,得到了与长江口实测潮位、流速和流向相一致的结果 ,能较好地反映长江口复杂边界和地形下的三维潮流场变化     

曲线坐标系下波浪传播的数学模型及其比较与验证

引入自适应网格技术,建立了曲线坐标系下考虑能耗影响的缓变水深水域波浪传播的数值模拟模型,通过在模型中引入能量耗散项以更好地处理全透射边界。基于原型缓坡方程,完善了等水深的轴对称双导堤水域内波浪传播的精确解表达式及其计算结果;提供了等水深的环形河道水域内较为详细的精确解。在极坐标系下就等水深的轴对称双导堤水域内波浪的传播,推导了缓坡方程的小角度抛物近似模型的解析解表达式。就上述两水域内波浪传播的数值模拟模型的数值解、抛物近似模型的解、精确解进行了详细比较,说明数值解与精确解相吻合、数值模拟模型比小角度和大角度抛物近似模型具有更高的精度。数值模拟模型能较好地模拟水深复杂变化的地形上波浪的传播,能有效反映波浪传播过程中的多种物理现象。     

航道整治工程泥沙数学模型的构造及计算方法

建立了正交曲线坐标系下二维紊流全沙数学模型，水流模型采用紊动动能和紊动耗散率闭合雷诺方程，把悬移质输沙概化为单纯淤积、单纯冲刷和淤粗冲细三种情况，依据悬沙与床沙交换机理建立了挟沙能力和非均匀沙分组挟沙能力的表达式．在水流输运及分组含沙量输运方程的离散过程中，采用守衡性较好的控制体积法和SIMPLEC计算程式，以提高计算稳定性和加快收敛．本模型对复杂条件的河床适应性较强，为平面二维长河段的河床变形计算进一步创造了条件．     

水沙河口衔接数学模型的研究及其应用

在河口水流、泥沙数值计算时提出一、二维衔接的数学模型.根据一、二维水流连续方程、运动方程、悬沙扩散方程、两相流底沙运动方程、床面演变方程,对一维河道采用河网三级联解法、迎风差分格式,对二维海区采用有限元加权集中质量法、三角差分格式,建立水沙河口衔接数学模型.将此模型应用于天津泰达永定新河河口工程的研究上,经实测水沙资料验证,计算值与实测值基本吻合.为河口改造时引起的河道与海区的水流及泥沙稳定性问题提供了可行的研究方法.     

土石坝溃坝离心模型试验中水流控制与测量

针对目前土石坝溃坝离心模型试验中存在的问题,研发了一套伺服水阀流量控制装置,显著提高了土石坝溃坝离心模型试验上游来水条件的控制精度,有效降低了模型试验结果的不确定性;建立了土石坝溃坝离心模型试验的水流相似准则;提出了一种采用内置于模型箱端板上的薄壁矩形量水堰测量土石坝溃坝离心模型试验中溃坝洪水流量过程的方法,并通过超重力场下的放水试验,证明了薄壁矩形量水堰的流量系数与离心机加速度无关,采用内置于模型箱端板上的薄壁矩形量水堰可准确测定土石坝溃坝离心模型试验中的溃坝洪水流量过程。     

干旱半干旱地区湖泊二维水动力学模型

为研究干旱半干旱地区湖泊水动力学的特殊性,本文以位于我国北方河套灌区中的草型浅水湖泊乌梁素海为研究对象,将实测的湖泊流量、流速、水深监测数据与空间数据结合,以湖泊水平面二维水动力学模型为基础,考虑旱区特殊的水文气象因素,主要包括蒸发与风速,建立适合旱区湖泊水动力学的模型。模型求解采用有限差分法中的交错格点显式差分法,利用人为控制入口、出口边界,并在模型的参数选择上采用实测的气象资料进行逐日输入,从而提高了模型结果的精确度。经实测资料验证表明,所建模型对于干旱半干旱地区将蒸发、风力因素考虑进模型中是合理的,能够更准确地描述该地区中湖泊的水动力过程,可应用于对湖泊污染过程水质变化的定量研究。