防洪模拟中的地形自适应网格生成技术

在洪水波演进过程中，地形是主要影响因素之一，根据计算区域内地形变化自动调整网格分布，可以使计算模型和计算结果能更加细致和精确地反映客观地形地貌。本文分析了江河洪水演进模拟中网格自动生成方面的需求，探讨了洪水模拟中两类地形自适应问题：突变地形和缓变地形。对于如堤防等阻水建筑物，概括为一种地形突变，网格自动生成时此类地形的自适应可以转化为边界自适应问题，因为此类地形突变一般均能以连续折线来表示。而对于缓变地形，本文提出了通过曲面样条函数拟合，形成计算区域内连续光滑的地形曲面，从而通过各点高程梯度来控制网格尺寸，实现网格生成过程中的地形自适应，即在地势平坦区域加大网格尺寸，而在地势变化剧烈的区域，加密网格。     

三峡工程日调节二维非恒定流数值模型研究

本文用插值元法对任意边界的河道流场采用非矩形网格剖分,然后进行交替方向隐式求解,可以使用C_r数较大的时间步长。在对边界条件进行适当处理后,用正规网格替代了交替网格。并将此方法用于几个问题的数值求解,实践证明本方法是成功的。     

多重网格法在二维非恒定水沙数学模型中的应用

计算速度是影响二维非恒定流数学模型应用推广的主要原因之一。本文采用了多重网格方法以提高其计算速度，同时为了适应复杂不规则的边界条件和水下地形，利用坐标变换来克服天然河道复杂边界条件给模拟带来的困难，通过算例分析了多重网格法的收敛特性，并采用长江武汉河段的实测资料对所建的水沙数学模型进行了验证。     

二维浅水波方程在河道演变分析计算中的应用研究

本文基于非结构三角网格构建河道二维浅水波方程,以辽宁东部河段为研究区域,并利用区域实测水位和流速数据对模型进行验证,通过设置不同边界条件模拟分析河道演变过程。研究结果表明:二维浅水波方程可实现河道流态沿程分布的数值模拟,模型模拟的断面水位和平均流速与实测值之间的拟合系数分别达到0.62和0.65以上,具有较好的拟合度;随着上边界条件流量加大,其河流流速分布较为均匀,流速受地形影响较少,河势比较平稳;从20世纪80年代到2010年代,研究河段受地形束窄影响,同一水位下河道的过水能力沿纵深方向逐渐减小。     

河道油藏的自适应网格积分方程粗化算法

本文以河道的观测深度为确定性数据由贝叶斯理论通过随机建模的方法生成横截面为抛物线形状的河道油藏边界面。在粗网格内先统计渗透率在粗化网格的概率分布,然后由渗透率积分方程利用渗透率在粗化网格中的概率分布计算粗化网格的等率渗透率,再利用等效渗透率计算粗化网格的压强分布。计算压强时并将渗透率自适应网格技术应用于河道油藏的粗化算法中。在渗透率或孔隙度变化异常区域自动采用精细网格,用直接解法求解渗透率或孔隙度变化异常区域的压强分布,整个区域还采用了不均匀网格。利用本文方法计算了河道油藏的压强分布,结果表明河道油藏的不均匀自适应网格积分方程粗化算法的解在渗透率或孔隙度异常区的压强分布规律更逼近采用精细网格的解,在其他区域压强分布规律非常逼近粗化算法的解,但计算的速度比采用精细网格提高了100多倍。     

基于非结构网格的分蓄洪区水沙演进数学模型研究

基于非结构三角形网格,采用有限体积算法,建立了分蓄洪区水沙演进数学模型.模型网格能很好适应分蓄洪区复杂的边界条件,应用了DEM数字模型插值技术,能快速获取计算域的地形数据,实现了洪水演进过程中泥沙输移和河床冲淤变形的同步模拟.模型中还对网格划分、数值离散、动边界及干河床处理等关键技术进行了研究,并提供了相应的处理方法....     

基于断面地形法和网格地形法的河道冲淤计算分析

河道的冲淤量及其分布是相关工程规划设计和防洪决策的基本依据,在生产实践中,冲淤计算一般是采用断面地形法。随着GIS技术的发展,三维表面的建模和表面分析已逐渐成熟,为推广网格地形法计算河槽冲淤量创造了条件。该文通过对比断面地形法、网格地形法两种方法计算的河道冲淤量,分析其误差来源及解决方法,评估其方法的适宜性和可靠性,得出GIS支持下的网格地形法计算河道冲淤可视化强,提高了效率和精度。     

无高精度地形资料地区溃坝洪水演进模拟研究 ——以金沙江叶巴滩-巴塘段为例

为准确高效计算缺乏高精度地形资料地区河道中洪水演进过程,在空间分辨率为30 m的ASTER GDEM V2地形数据基础上采用不同方法对金沙江叶巴滩-巴塘区间河道地形进行重建,采用基于显卡加速的地表水及其伴随输移过程模型模拟了2018年"11·03"堰塞坝险情洪水过程,并与实测洪水过程进行对比验证。结果表明:①不同空间插值方法对河道地形特性的插值表达精度相差较大,样条函数法和根据河流走势的趋势平滑法生成的河道地形能较好表达河道地貌形态;②不同断面间距下趋势平滑法河道地形洪水演进模拟精度随断面间距增大而增加,仅使用入流口和出流口断面高程模拟效果在不同断面间距中最好;③使用趋势平滑法生成河道地形时,洪水模拟精度随河道下挖深度的增加呈增加趋势,下挖深度为50 m时NSE达到0.937,R~2达到0.976。研究分析了河道地形重建方法、插值断面间距及下挖深度对洪水演进模拟精度的影响,可为洪水应急抢险快速预测提供数据处理方法。     

河道有限元网格自动剖分方法研究

由于河道边界条件的复杂性及计算精度的要求,如何对计算域进行快速有效的剖分显得尤为重要。基于推进波前法,提出了一种适合于河道平面二维区域的网格自动剖分新方法,并建立了河道网格自动剖分系统。该方法简单、可靠、适用性强,能实现网格的自动生成、地形的自动剖分及图形的自动绘制等功能,有效解决了河道有限元计算前处理工作量大的困难。     

河道湖泊地形的数字重构研究

以鄱阳湖实测地形散点、河道大断面及SRTM基础数据,结合遥感图像判断河道主流线、滩槽分界线,开发了由CAD格式河道大断面线性数据提取河道高程结点并转化为含地理信息高程结点的算法。采用正交网格曲线插值算法完成了河道断面曲面内插高程结点,重构了鄱阳湖流域湖泊及河道的数字地形。重构后的地形数据与实测数据相比较在河槽高程、形态及面积吻合较好;能满足在数字地球模型上进行三维仿真的需要,表明该方法的具有可行性和实用性。     

二维同位与交错网格水流数值模拟比较

在边界拟合正交曲线坐标系下,建立了求解变量分别位于同位与交错网格条件下的二维水流数值模拟计算模式。利用实验资料对其进行了验证,同时对两种模式的计算结果进行了比较分析。在运用界面动量插值的条件下,采用同位网格模式对二维流场进行数值模拟可获得较满意的结果。     

A NONHYDROSTATIC NUMERICAL MODEL FOR DENSITY STRATIFIED FLOW AND ITS APPLICATIONS

A modular numerical model was developed for simulating density-stratified flow in domains with irregular bottom topography. The model was designed for examining interactions between stratified flow and topography, e.g,, tidally driven flow over two-dimensional sills or internal solitary waves propagating over a shoaling bed. The model was based on the non-hydrostatic vorticity-stream function equations for a continuously stratified fluid in a rotating frame. A self-adaptive grid was adopted in the vertical coordinate, the Alternative Direction Implicit （ADI） scheme was used for the time marching equations while the Poisson equation for stream-function was solved based on the Successive Over Relaxation （SOR） iteration with the Chebyshev acceleration. The numerical techniques were described and three applications of the model were presented.     

东宝河新安大桥对河道水流影响数值模拟分析

为分析东宝河新安大桥对河道行洪的影响,采用对工程边界拟合较好的非结构三角形网格进行数值模拟计算,对数值计算结果进行图形处理,直观的进行影响分析,最后提出工程影响防治措施。     

井间干扰对油水两相流数值试井曲线的影响

井间干扰会对试井曲线的影响非常大。本文用数值试井方法研究了井间干扰对试井曲线的影响，采用PEBI网格技术，给出了在PEBI网格下油水两相流动控制方程的离散形式，并耦合了井筒存储和表皮系数公式，得到了压力降落数值试井问题的产量模型。对三种井部署情况经数值试井模型计算并对比发现，双对数曲线的早期段保持一致，由于干扰井的影响，中后期段变化非常明显，干扰井越多，测试井压降越快，试井曲线上抬幅度越大。     

游荡型河流的平面二维水沙数学模型

为使数学模型能模拟游荡性河流因水流弯曲、分汊等导致的环流输沙作用,本文首先在悬移质泥沙对流扩散方程中增加了横向输沙项,然后引入适合游荡型河流的塌岸模式及局部动网格技术和网格融合技术,解决了河岸变形模拟和河道整治工程导致网格再生、床沙级配变化模拟等关键性难题,开发出可模拟游荡性河流河床演变且可反映河道整治工程作用的平面二维水沙数学模型。最后,以黄河下游柳园口—夹河滩河段为例,应用本文模型对游荡型河流河势变化进行了数值模拟,结果表明本模型能够真实地模拟出游荡型河流独特的河床演变过程。     

大型浅水湖泊风生流场的数值模拟研究

针对大型浅水湖泊水平尺度远大于垂向尺度,水力参数在垂直方向变化要小于水平方向变化,符合浅水流动的特点,采用水深平均的紊流模型模拟大型浅水湖泊的风生流场.在非结构化网格上采用有限体积法离散控制方程,提高了计算精度和效率,运用SIMPLEC算法进行数值求解,克服了为简化计算对二维物理机制常采用-维化数值处理的缺陷,使计算的流场更符合实际流场,并模拟分析了不同风向,风速下博斯腾湖大湖区水流运动特性.     

基于三种方法的螺旋桨敞水性能数值预报

该文基于三种不同的CFD方法:多重坐标参考系法(MRF)、任意网格界面元法(AMI)和重叠网格方法(Overset)对某一四叶螺旋桨的敞水性能进行数值模拟和预报,并对螺旋桨周围的流场进行了分析。其中,对于任意网格界面元法(AMI)与多重坐标参考系法(MRF),分别采用开源CFD计算软件Open FOAM所提供的求解器pimple Dy MFoam与MRFSimple Foam进行计算;对于重叠网格方法(Overset),采用基于Open FOAM平台开发的具有重叠网格模块的船舶与海洋工程水动力求解器—naoe-FOAM-SJTU进行求解。通过与试验结果的对比以及方法间的比较,验证了三种方法在螺旋桨敞水性能预报中的可靠性和有效性,并总结了各方法的特征与优劣。同时也对螺旋桨附近的流场特征进行了讨论与分析。     

基于Godunov格式的流域地表径流二维数值模拟

采用完整二维浅水方程组模拟地表径流运动时会遇到干湿转化处理的难题,为解决该问题,本文采用坡面流为均匀覆盖流域地表的片状薄层水流的概念开发完成了一套新的基于Godunov格式的地表径流二维水动力模型。模型中,采用三角形网格离散计算区域,修正的Roe格式计算界面通量,底坡项直接积分求解,对高度非线性的摩阻项进行半隐式处理。本模型的最大优势是干湿处理变得异常简洁,单元水面和地形均无需任何特殊处理。通过4个经典算例验证了该模型具有良好的精度和稳定性。最后将模型用于解家湾流域S曲线的计算和实测场次降雨径流过程的模拟,所得计算结果合理、可靠,表明本文模型具备模拟流域地表径流运动的能力,可为小流域汇流计算提供一种新的解决方案。     

适合云南地区风功率预测的数值天气预报系统研究

为了探寻适合云南地区风功率预测的数值天气预报系统,利用 GFS 资料为中尺度模式 WRF提供初始场和边界条件,评估了不同模式分辨率、参数化方案对云南地区风速模拟结果的影响。结果表明: 对于云南地区,3 km 分辨率风速模拟效果总体上优于 9 km 分辨率; 不同参数化方案对于风速模拟效果影响较大,其中第 3 套参数化方案( 长波辐射方案选用 Earth Held － Suarez,短波辐射方案选用 RRTMG,陆面过程选用 Noah,积云对流方案选用 Kain － Fritsch,行星边界层方案选用 YSU) 为云南地区的最优化方案,其模拟结果与观测资料均方根误差最小( 区域平均均方根误差约为 1. 67 m / s,17 个观测站点平均均方根误差约为 3. 30 m / s) 。进一步结合功率预测模型分析表明,较优的分辨率 －参数化组合方案可以提升云南地区风电场功率预测合格率达 9. 68% ～ 38. 71% 。研究成果对提高云南地区风电场功率预测水平、制定合理消纳风电计划具有一定的指导意义。     

轴对称体内外流全流场统一计算求解

本文推广了建立在半交错网格基础上的连续性方程压力联系方程方法来计算不可压缩粘性轴对称体内外流问题，整个内外流流场分块生成结构化网格，统一求解。并与建立在交错网格上的有限体积方法计算进行了比较，都得到了令人满意的结果，证明这两种方法在求解包含内外流流场的问题时是高效的。