裂隙岩体初始裂隙网络渗流模型研究

运用离散数学的图理论进行裂隙岩体裂隙网络连通性研究，建立了裂隙岩体初始裂隙网络渗流的离散数值模型，这一模型从根本上突破了经典的均质渗流理论。     

二维裂隙岩体渗流数值模拟技术研究

如何准确地描述岩体裂隙水的流动状态是一个重要课题.与原位实验相比,利用数值模拟方法研究裂隙岩体渗流问题,具有高效、经济、可重复性强等特点.然而,较准确的岩体裂隙网格模拟和裂隙水流动模拟系统的设计与实现,是数值模拟方法研究的两个难点.非连续裂隙网络仿真主要采用Monte Carlo技术,结合裂隙统计学特征,进行随机模拟.先研究区域内随机生成符合地质统计学规律的裂隙网络,再对渗流有贡献的裂隙进行筛选并自动离散,最后利用水量均衡原理计算出各节点的水头.通过开发相应的程序包,提高岩体裂隙渗流计算的规模和准确性,为进一步研究水在岩石中的作用打下基础.     

裂隙介质非饱和渗流多尺度机理与数值模型研究进展

裂隙介质非饱和渗流过程的预测和控制对地下工程应用具有重要意义。从渗流机理、预测方法和宏观尺度渗流模拟等方面对裂隙介质非饱和渗流研究进展进行了系统的分析总结。首先,评述了从非饱和单裂隙到交叉裂隙再到裂隙网络不同尺度下的复杂渗流行为及其理论预测方法,并分析了非饱和渗流行为对宏观水力参数的影响;其次,归纳了非饱和渗流数值模型和本构模型及其适用性,简述了不同模型在场地尺度非饱和渗流模拟中的实际应用。这些研究成果提高了对裂隙介质非饱和渗流规律的认识,并为工程应用提供了手段。     

孔隙裂隙介质多场耦合数值计算进展

对近年来提出的多场耦合数值方法展开梳理与总结,从简单的热-力两场弱耦合到复杂的热-水-气-化学多场强耦合,从连续体的多场耦合作用到连续-非连续体的多场耦合计算。按照场数量增多、耦合作用增强、连续到非连续的逻辑逐渐深入讨论。本研究对多场耦合数值计算今后的发展作了展望。     

黏土贯穿裂隙污染物迁移的实验和数值模拟研究

为研究裂隙黏土中的溶质运移,研制一套适用于裂隙黏土中溶质运移的实验装置,通过测定实验装置内示踪剂溶液的电导率来监测溶质的运移规律。实验结果发现模型底部监测孔处的渗出液浓度在短时间内就趋于稳定达到最大,表明黏土中裂隙的存在会使溶质顺着裂隙快速穿过黏土层,形成优先流现象,从而对黏土层下部的水体造成污染。采用数值方法对室内试验进行模拟分析,讨论了提高水头和改变岩土体两种方法来进行预测,结果显示黏土层上部水头变化对黏土中的溶质浓度影响不大,且不同土体中如均出现贯穿型裂隙,那么污染物进入含水层的时间基本一致,防渗失效,这时改变防渗材料没有意义。     

粗糙单裂隙高速非达西渗流特性的试验研究

针对裂隙岩体渗流破坏灾害问题。研制符合不同节理粗糙度的拟岩体粗糙单裂隙试件,开展了可变裂隙开度、高水力梯度粗糙单裂隙非达西渗流室内物理试验。研究表明,高渗流速度情况下,渗流水力梯度与渗流流速之间呈现非线性关系;Forchheimer方程能良好拟合高流速条件下粗糙裂隙渗流情况;提出非达西影响系数的半经验关系式,为工程实践中突涌水量预测提供重要参考。     

考虑裂隙-岩块间水交换的单裂隙非饱和渗流数值模拟

为了研究单裂隙非饱和渗流的水力特性,根据裂隙面分形维数、裂隙面位错值和面积接触率,提出了采用随机布朗函数生成裂隙开度分布的方法;基于裂隙局域立方定理成立的假定,并考虑裂隙-岩块间拟稳态水交换,建立了单裂隙非饱和渗流数值分析模型。模拟得到的裂隙毛细压力-饱和度以及非饱和渗透系数-毛细压力的关系曲线能够反映排水、吸水间的滞后性及体现排水时的进气值和残余水饱和度。模拟结果与试验结果的定性对比表明,建立的模型可为考虑裂隙-岩块间水交换的单裂隙非饱和渗流模拟提供合理可行的方法。最后对比了考虑与不考虑裂隙-岩块间水交换的裂隙非饱和渗透系数-毛细压力关系曲线,结果表明,在高毛细压力(低饱和度)下,可忽略裂隙-岩块间的水交换。     

双孔介质有界地层低速非达西渗流模型新解（55）

运用一种新的数学解法,研究双重介质有界地层低速非达西渗流问题.基于低渗透渗流理论,建立起双孔介质有界地层低速非达西渗流模型并予以求解,编程绘制出井底压力动态样版曲线,获得低速非达西流三段拟合实用复合图版.     

单裂隙介质中核素迁移模型的解析解及其应用

为了解核素在裂隙介质中的迁移规律,应用双重介质理论,分别建立描述核素在裂隙域和基质域中迁移的基本微分方程,通过二者在裂隙域与基质域交接处流量和溶质的连续性,利用拉普拉斯变换推导出描述单裂隙中一端具有指数衰减注入源的解析解.以Th-229、Cs-135及Se-79为研究对象,利用该解析解预测了这些核素的相对浓度在裂隙域与基质域中随时间和空间的变化结果,模拟结果表明,该解析解可应用于裂隙介质中的核素迁移、地下水污染等研究.     

方柱绕流的数值模拟

使用计算流体力学CFD软件,模拟方柱在两种情况下的绕流.在第一种情况下,方柱位于流场的边壁,模拟不同雷诺数下流场的流线、压力分布,绘出方柱后面绕流形成的回流区长度随雷诺数的变化曲线并对其进行分析;在第二种情况下,方柱位于流场的中央,模拟Re=200的流场在不同时间步时的速度矢量图.描述了漩涡的生成、成长和脱落的全过程.两种情况下的计算结果与其他文献中的计算数值和试验数据相吻合.     

基于图论的环状管网慢变流的计算研究

管网负荷变动的水力过程可以抽象成非恒定流中的慢变流进行研究,这是大量管网运行中的现实现象.对基于图论的环状管网慢变流模型进行分析,利用矩阵论导出了采用链支流量矩阵计算慢变流过程的解析表达式,并在此基础上得到了适于数值模拟的离散求解模型.通过实际算例计算了管段流量和节点水头等水力要素随时间的演化过程.慢变流理论不仅对分析管网系统的水力工况有很大作用,还由于其时间过程所包含的丰富信息使其在管网的水力摩阻识别及漏失故障诊断中具有重要意义.由于引入链支流量矩阵作为因变量,在很大程度上简化了定量计算,将会非常有利于对上述系统识别问题的搜索求解.     

基于有限元法的气浮支承系统的数值模拟与实验研究

气浮支承系统以气体作为工作介质,根据气体润滑理论对气膜中气体的流动作了理论分析,采用有限元法对气膜流场进行了数值模拟,计算出了一定载荷下的速度分布、压力分布和耗气量、承载能力,通过与实验测试结果的对比。说明该方法是可行的。     

基于两相流理论的低浓度挟沙水流运动数值模拟Ⅰ—数学模型

从两相流理论出发,对水沙两相间作用力进行分析后认为:对低浓度挟沙水流,仅存在水流与泥沙之间的相互作用,且其主要反映在两相之间存在阻力、附加质量力及压力梯度力.在此基础上建立了低浓度挟沙水流的一般数学模型与简化数学模型,并以简化数学模型为基础,建立了低浓度挟沙水流平面二维数学模型.该模型考虑了泥沙相对水流时均运动的影响,且控制方程形式和已有水沙数学模型相近,因此便于工程计算.     

射流主动流动控制对舰船甲板流场的影响

随着舰船的发展和大量应用,舰船甲板流场的分析与控制的重要性进一步凸显出来。为改善舰船甲板流场,提出了一种新型的基于射流装置的主动流动控制方法,并以直升机桨盘位置为例分析了不同射流装置参数对于直升机桨盘流场优化的效果。首先基于Navier-Stokes方程建立了舰载直升机甲板流场的数值模型,以研究基于射流主动流动控制对舰船甲板流场的影响。然后该方法选取k-ε湍流模型,并通过算例验证了方法的有效性。最后模拟得到添加射流装置的舰船甲板流场流线与速度分布,结合流场信息对旋翼受力的影响对比分析了加装射流装置对舰船甲板流场的流动控制作用。结果表明：上射流的添加可以使得甲板流场中回流区的影响范围减小,从而使得桨盘流场速度梯度减小;桨盘流场速度梯度的减小可以有效降低旋翼气动力变化和响应水平;不同的来流角下添加上射流装置均能通过控制甲板流场从而减小响应,提高直升机的安全性。射流速度对流场控制效果影响显著,应结合射流装置安装位置选取最优射流速度从而达到较好的控制效果。     

基于网络流理论的停机位实时再分配模型

针对机场停机位再分配的延时性和乘客满意度不高的问题,采用二值整数多商品网络流模型,将不同停机位映射为不同商品,建立了以燃油消耗成本和对乘客舒适度影响最小的双目标停机位实时再分配优化模型.以某大型机场某一天的时刻表为例,模拟两种不同规模停机位实时分配方案.结果表明,二值整数多商品流停机位实时再分配模型在两种规模仿真实验中,停机位再分配时间最长为4. 187 5 s,机位最多调整个数为2,该模型具有良好的时效性和乘客满意度.     

基于网络流Petri网模型的设计更改技术

为了实现网络流系统设计更改的响应检测,将响应检测同网络的动态表达相结合,提出一种基于网络流Petri网(NFPN)动态模型的设计更改响应检测方法.用Petri网对网络流及设计更改进行描述,建立网络流Petri网的动态模型.在分析层级网络流特点的基础上,将Petri网完整可达图的构造同设计更改的响应检测相关联.通过多级抽象化简可达图,递归实现网络整体的分析.在配电网改造设计中的应用验证了该方法的可行性和有效性,降低了状态空间的复杂度,可见该方法适用于大尺度复杂网络.     

基于GERT随机网络的城市交通流仿真研究

针对传统城市交通流模型仅适用于非拥挤城市交通路网规划,无法拟合路段行驶时间依赖于交通负荷变化的城市交通流时空分布网络问题的缺陷,运用GERT随机网络对城市交通流进行仿真模拟.将普通动态交通规划模型无法反映的各路径交通流之间相互影响的内在逻辑关系考虑在内,使得动态交通规划更具现实指导意义.对贵阳喷水池交通枢纽路段的实际案例分析表明,该方法可以为城市交通规划提供有力地决策支持.     

基于数值仿真的可逆流体转换器的优化设计方法

为得到可逆流体转换器(RFD)喷嘴型式及锥角、对称关系、吸水室型式等结构关系的优化结果,采用三维定常流数值模拟对RFD进行了计算,计算结果表明RFD最佳结构型式及参数为:柱形吸水室、对称喷嘴两阶段扩散型式,下喷嘴扩散角β小于5°～6°,相对嘴间距Lc/dt=0.8～1.1;压冲阶段,RFD有微量引射或无引射时水力效率最高,锥形喷嘴在各阶段均表现出较大的过流流量.与实验结果进行对比,验证了数值方法的可靠性,说明采用定常流方法进行非定常状态下的工作元件结构设计,可以作为工程应用RFD的优化设计方法.     

基于离散裂隙网络模型的隧道涌水量预测

通过建立不同赋存水体深度、不同隧道直径和不同开挖距离等共96个复杂裂隙网络数值模型,计算通过隧道掌子面的涌水量,拟合预测隧道涌水量的多参数回归方程。结果表明,流体的主要流动路径由连接入口边界和出口边界的连通裂隙组成。组成主要流动路径的裂隙内的流速最大;离连接入口边界和出口边界的连通裂隙越远,裂隙内的流速越小;水体较浅时,涌水量与开挖距离具有幂函数关系;水体较深时,涌水量与开挖距离具有线性关系;对隧道涌水量影响程度由高到低的影响因素依次为隧道直径、水体深度、开挖距离。隧道涌水量的预测结果和数值计算结果能很好吻合,验证了该回归方程具有普适性,可对节理发育岩体内隧道涌水量进行动态预测。     

基于大数据分析的非线性网络流量组合预测模型

针对传统方法不能对网络流量变化特征进行准确描述,并且预测精度较低的问题,提出了基于大数据分析的非线性网络流量组合预测模型.通过对非线性网络流量数据进行有效分解,获得不同尺度的分量,利用混沌理论对多尺度分量进行相空间重构获得流量子序列.构建改进鸟群算法优化模型,并对重构后的网络流量子序列进行预测和组合,获得网络流量预测结果.结果表明,所提模型能够精确地描述网络流量的非线性、周期性以及长相关性等变化特征,具有较高的预测精度.