汛期分洪溃坝波的数值模拟

本文以二维长波方程为基础,将文献[1]中介绍的方法应用于模拟溃坝波运动。假设在波还没到达的区域有一层很薄的水层,此水层的存在不影响波的运动;在分洪口门处利用堰流公式,将二维长波方程与一维圣维南方程联立求解,成功地进行了天津市永定河的泄洪能力及汛期分洪的数值预报。     

船舶航行条件的实时模拟

简要介绍了船舶航行条件实时模拟的基本原理和船舶操纵运动数学模型及实时算法。通过某工程双线船闸下游引航道进闸航行条件的实时模拟,说明了应用实时模拟研究航道航行条件的方法和步骤。     

溃坝涌波的数值模拟

本文利用气体动力学中新近提出的TVD显格式对五个溃坝涌波的模型问题进行数值求解。数值结果表明,这类格式具有高分辨率、高精度、不产生虚假振动而且适应性强。     

高坝挑流冲坑流场的数值模拟

本文采用正交变换下的有限体积法，选取标准Ｋ－ε紊流模型，对三峡溢流坝下游冲坑流场进行了二维数值模拟，得到了冲坑内部流速与夺强分布等资料。经与实测资料进行对比分析，结果较为满意。     

船舶航行条件实时模拟器的研制

本文介绍了船舶地条件实时模拟器（ＮＮＳ）的研制概况，内容涉及三维虚拟外景成像系统（ＶＥＳ）、船舶运动仿真系统（ＳＭＭＳ），模拟驾驶台仿真系统（ＳＢＳ）的设计与实现及模拟器的软件框架与主流程。     

基于二维溃坝波数值模拟的生命损失估算

通过界面数值通量以及底坡源项的计算求解无碰撞二维Boltzmann方程,建立了二维溃坝波数值模型.以杭州市余杭镇上游某水库为例,模拟了该水库溃坝后溃坝波的演进过程,模拟结果表明溃坝洪水淹没范围很大,距坝约11 km的下游,水深仍可达4.0 m以上.同时,应用通用的溃坝生命损失模型,在获取网格单元上的水力学参数值（包括水深和最大流速）基础上,输入当地的地形、人口等基本数据,估算了水库溃坝对下游造成的生命损失.该方法可用于其他水库的风险管理分析,为相关部门决策提供依据和参考.     

下游为干河床的溃坝水流数值模拟

应用二阶TVD—MacCormack格式计算了含间断波的二维浅水流动．模拟算例为下游是干河床、瞬间部分坝体溃决形成的溃坝水流运动．针对该格式,采用恰当的限制器使得解既不产生过大耗散,又具有高分辨率．     

船舶航行条件的快时模拟

本文说明了船舶在航道中航行条件快时模拟的原理，建立了船舶运动的基本方程、水动力模型，说明了影响船舶运动的“环境”因素及这些“环境”因素的计算方法. 通过算例，详细解释应用快时模拟研究航道航行条件的分析过程。     

溃坝洪水对构筑物冲击荷载的数值模拟

洪水巨大的冲击力对坝区及堤岸构筑物造成很大的破坏,准确计算溃坝洪水对构筑物的冲击荷载对于建筑物的安全设计是十分必要的。采用有限体积法和中心迎风格式建立了二维数值模型,用于计算溃坝洪水对构筑物的作用力,并将该模型应用于全局溃坝和局部溃坝的物理模型试验。计算结果表明:该模型能够准确地模拟全局溃坝工况下洪水对构筑物冲击荷载的变化情况,而对于局部溃坝工况,本模型的计算结果较为平滑,无法模拟实际水流紊动的过程,但其最大冲击荷载的计算值与试验测量值相接近。相比于三维数值模型,本文所建立的二维数值模型程序简单、计算效率高、计算结果与实测结果总体吻合较好,能够有效地用于预测溃坝洪水对构筑物的冲击荷载。     

水电站水力过渡过程数值仿真的理论与实践

系统地介绍了水电站水力过渡过程数字仿真的基本理论和计算方法,过渡过程的起因和研究内容,并用多个水工模型试验测量的调压室水位、管道水锤压力及其压力过程线资料验证了计算方法及参数选择的合理性.利用CTD技术得到了调压室内的水流流态、三维流速分布以及调压室水位波动的动态演示.该数字模型已用于多个电站引、尾水系统的水力过渡过程计算,得到的调压室最高/最低涌浪水位、蜗壳及岔管断面最大/最小水锤压力、机组最大飞车转速以及它们的变化过程线,引水隧洞最大/最小内水压力包络线、小波动和水力干扰下的发电频率摆动、机组稳定性分析等成果,为工程设计提供了重要依据.     

溃坝洪水数值模拟

在已有溃坝洪水数学模型基础上建立的溃坝洪水计算模型，可对洪水由库尾向坝址的传播过程、溃坝洪水向下游的推进过程、溃坝洪水漫过堤防后在下游城镇内的淹没过程进行水动力学模拟．利用所建立的溃坝洪水计算模型，对某水电站大坝溃坝洪水在拟定的各工况下进行的坝下游洪水预测表明，溃坝历时、水库上游来流量及溃坝时不同的坝前水位是影响该模型计算结果的主要因素．     

韩江南北堤防洪保护区溃坝洪水演进数值模拟研究

洪水分析计算是洪水风险图编制的基础。基于一维、二维水力学耦合模型,建立了韩江南北堤防洪保护区溃坝洪水演进数学模型,分析探讨了韩江南北堤瞬溃后溃口流量水位关系、主要地物特征点的水位和流速变化以及洪水演进过程。结果表明:溃口峰值流量出现在溃坝瞬间,随外江水位下降,溃口流量减小,至溃坝99 h后基本为0。湘桥区距溃口最近,受洪水破坏最严重,最大流速值超过1. 3 m/s。云路镇、登岗镇和湘桥区由于地势较低,最大淹没水深普遍在2 m以上。     

地震作用下混凝土重力坝破坏过程与破坏形态数值仿真

在考虑混凝土材料细观非均匀性影响的基础上,探讨了在材料参数和地震动等不确定性因素影响下混凝土重力坝的破坏过程和破坏形态。通过对金安桥混凝土重力坝的180个样本的非线性数值模拟统计分析,得到了不同地震作用水平下的大坝损伤破坏情况,并提炼出四种典型的破坏形态。计算结果表明随着地震动的增大,大坝损伤总体上趋于严重,但也存在高地震动水平下轻微损伤的情况。典型的破坏形态除了坝头折断、坝踵开裂以外,还发现了下游面起裂、贯穿至上游的情况,且随着地震峰值加速度的增大而越发明显。这对于全面了解重力坝地震损伤的薄弱环节,优化抗震措施提高大坝抗震能力是十分有意义的。     

舰船气泡尾流尺度效应研究

为了得到有效的舰船气泡尾流尺度效应数值模拟方法,该文对气泡尾流分别进行了基于欧拉双流体模型的均一直径气泡模拟(ETF)和带气泡尺寸分组的相群平衡模型模拟(PBM),最终选定PBM模型进行尺度效应研究.通过对空气卷吸模型的探讨,在弗劳德数相似的前提下,设计了多个数值试验模型,研究了气泡尾流中的尺度效应影响.结果表明:大尺度模型对应的气泡尾流要显著于小尺度模型,前者无论是自由面气相分数还是物面气相分数都要显著高于后者:进行气泡尾流实验室研究时,若严格按几何相似进行缩尺比实验,可能难以得到有显示度的结果.     

地震作用下混凝土重力坝破坏过程与破坏形态数值仿真

在考虑混凝土材料细观非均匀性影响的基础上,探讨了在材料参数和地震动等不确定性因素影响下混凝土重力坝的破坏过程和破坏形态。通过对金安桥混凝土重力坝的180个样本的非线性数值模拟统计分析,得到了不同水平地震作用下的大坝损伤破坏情况,并提炼出4种典型的破坏形态。计算结果表明随着地震动的增大,大坝损伤总体上趋于严重,但也存在高地震动水平下轻微损伤的情况。典型的破坏形态除了坝头折断、坝踵开裂以外,还发现了下游面起裂、贯穿至上游的情况,且随着地震峰值加速度的增大而越发明显。这对于全面了解重力坝地震损伤的薄弱环节,优化抗震措施提高大坝抗震能力是十分有意义的。     

紫坪铺水电站水力过渡过程数字仿真

针对紫坪铺水利枢纽工程水头变幅大，工况变化多且频繁的特点，对水轮机典型工况甩负荷水力过渡过程进行了数字仿真。建立了串联管连结处瞬变流计算数学模型，采用三维空间曲面的形式对水轮机特性进行描述和插值，开发了基于WINDOWS界面的水力过渡过程数字仿真软件。     

天然河段港口工程三维流场数值模拟

根据天然河段的地形条件,结合某港口建筑物布置,构建了工程河段流场数值计算模型.基于标准k-ε紊流模型,用有限体积法离散控制方程组,利用全隐式多重网格耦合求解技术,预测了港口工程河段水流流场的变化.     

二维溃坝波遇障碍物的水流泥沙数值模拟

本文通过对浅水方程进行Godunov差分离散和对泥沙运动方程进行一阶迎风差分离散,建立了平面l二维溃坝水流泥沙数值模型。在算例中计算了溃坝波遇障碍物后的水流反射、绕射及泥沙冲淤,计算结果表明,溃坝波遇障碍物后会产生明显的反射和绕射,并在障碍物前形成壅水、障碍物的侧面会发生剧烈的冲刷,障碍物前后则会发生局部淤积。本模型能够较好地模拟溃坝间断水流的运动,结果符合水流泥沙运动的基本规律。     

内河航道中船行波在岸坡爬高的数值模拟

该文基于RANS方程、RNG k-ε湍流模型建立数值波浪水池,用VOF法追踪自由面的位置,并模拟了内河航道中船行波的生成、传播、爬高和岸壁反射过程,且与典型断面航道中船行波在岸坡最大爬高和回落的现场测量值进行了比较,验证了数值模型的有效性。通过对航道中船行波进行数值模拟,获得了船行波的波形及其在岸坡上爬高与回落的最大值。分析了船舶吃水、航速和航道岸坡倾角对特征波高以及最大爬高与回落的影响。最后建立了计算船行波特征波高、爬高和回落的经验公式。