基于非结构网格的三维水流数值模拟研究

【目的】以黄河沙坡头连续弯道段的水流运动为研究对象,研究非结构网格在天然河道数值模拟中的应用。【方法】建立三维紊流数学模型,采用有限体积法离散模型方程,利用SIMPLEC算法求解离散后的方程组。用非结构网格剖分研究区域,用等距分层法进行垂向分层,研究弯道水流表层、中层及底层平面流场和连续弯道典型断面处的纵向流速及环流分布,并对比分析横断面纵向流速的计算值与实测值。【结果】横断面纵向流速的计算值与实测值吻合较好。弯道水流底层到表层流速逐渐增大,在流速变化较大的地方出现了主流与深泓线分离的现象。弯道横向环流明显,表层流速指向凹岸,底层流速指向凸岸。【结论】非结构网格能较好地模拟天然河道中复杂的水流结构。     

钟形进水流道的优化水力计算

采用直接求解三维雷诺平均Ｎ－Ｓ方程和ｋ－ε紊流模型方程组的方法，模拟钟形进水流道内水流的流动，并在流场数值模拟的基础上对钟形进水流道进行优化水力计算，给出了钟形进水流道最优水力设计准则。     

钟形进水流道的优化水力计算

采用直接求解三维雷诺平均Ｎ－Ｓ方程和ｋ－ε紊流模型方程组的方法，模拟钟形进水流道内水流的流动，并在流场数值模拟的基础对钟形流进水流道进行优化水力计算，给出了钟形进水流道最优水力设计准则。     

斜式进水流道的优化水力计算

采用直接求解三维雷诺平均Ｎ－Ｓ方程和ｋ－ε紊流方程组的方法，模拟斜式进水流道内的流场，并在此基础上对三种角度的斜式进水流道进行优化水力计算，给出了斜式进水流道最优水力设计准则     

梯形明渠临界水深的模式搜索算法求解

【目的】基于模式搜索算法求解梯形明渠的临界水深。【方法】针对梯形明渠临界水深计算无显函数形式的表达式,及传统计算中的试算法或查图法计算过程繁琐复杂且计算精度不高的现状,引入一个无量纲参数——单位水面宽度,对梯形明渠临界流水深的基本方程进行恒等变形,得到了求解单位水面宽度的超越函数,并证明该方程为单调函数。【结果】将求解临界流水深的问题等价于一非线性优化问题,并用确定性优化方法——模式搜索算法进行求解。【结论】实例计算及误差分析表明,该算法具有收敛速度快和求解精度高的特点,为梯形断面的水力计算提供了一种新思路。     

林木生物量参数的非线性最小二乘解法研究

为了提高林木生物量参数的计算精度,根据林木相对生长公式(幂函数),阐述用非线性最小二乘法求解生物量参数估值的原理、方法和过程;给出计算参数估值之方差与协方差的公式;揭示幂函数对数线性化回归的本质。通过理论和实例分析,将非线性最小二乘(NLS)法与常用的对数线性化最小二乘(LLLS)法进行比较。结果为用NLS求解的林木生物量参数与用LLLS求解的林木生物量参数相比有明显的差异;用NLS求解的林木生物量参数的精度高于用LLLS求解的林木生物量参数的精度;用NLS回归的林木生物量方程比用LLLS回归的林木生物量方程具有更好的相容性;LLLS法具有异方差性,不满足标准线性回归的基本假设。     

层合非圆截面柱壳的非线性振动分析

在Timoshenko-Mindlin假设和Donnell型板壳理论基础上研究了层合非圆截面柱壳的非线性振动，得出了考虑剪切变形和面内转动惯量影响的层合非圆截面柱壳的一般非线性运动控制方程。对两端夹支椭圆截面柱壳，假设其振动形式解，用迦辽金法得到一组关于时间函数的非线性微分方程，以谐波平衡法求解，给出了数据计算结果，并就圆柱壳结果和已有文献作了比较。     

用Gauss—Doolittle法求解油菜氮肥效应方程

本文详细介绍了Gauss—Doolittle求解多元对称线性方程组的简捷方法,并用此法计算了南充地区1988—89年杂交油菜秦油2号施氮量与产量关系试验的氮肥效应方程,其结果与微机计算一致。而且,效应方程的复相关系数达1％显著水平,说明氮肥效应方程是可信的,可供油菜施肥参考。     

层合中厚非圆截面柱壳非线性动力稳定性分析

基于Timoshenko-Midlin假设及Hamilton变分原理,建立了层合中厚非圆柱壳的非线性运动控制方程,采用伽辽金技术,得到仅含时间参数的Mathieu型方程,然后应用增量谐波平衡法进行求解.数值计算中,以两端简支L曲线截面层合中厚柱壳为例,讨论了截面形状参数、几何非线性和横向剪切效应等因素对层合中厚非圆截面柱壳非线性动力稳定性的影响.结果表明:这些因素对层合L曲线截面中厚柱壳的非线性主要动力不稳定区域有较大影响.     

植物“柔性坝”过流水动力学方程的建立及其数值模拟

植物"柔性坝"的存在干扰了原有的水流流态,使坝上游水深增加,水流流速减小,同时还增大河床糙率,削减了床面剪应力。通过室内物理模型试验的初期成果,推导建立清水条件下植物二维水动力学方程,对植物"柔性坝"过流时的水动力学特性进行了数值研究,并用有限元法进行了数值计算。将数值计算得到的流速值与模型试验流速值结果进行了比对,两者吻合较好,证明了所选数学模型和数值计算方法的可靠性。     

输油管道中不稳定流动分析

输油管道中油品的不稳定流动问题，可以采用各种数值法并借助计算机进行有效分析。目前最广泛采用的数值法有特征线法，显式差分法和隐式有限差分法。分析了各方法的特点：特征线法和显式差分法能对各种边界条件进行处理，但时间步长取值必须很小，计算次数多；隐式有限差分法能采用匠时间步长，相应减少计算次数，但需求解非常庞大的非生方程组。因此提出根据管道的长度，复杂性，边界条件，精度要求等，交错使用特征线法和隐式差分     

完整系统三阶Lagrange方程的一种推导与讨论

从牛顿运动方程出发,推导了完整系统关于广义加速度的Lagrange方程.讨论了该方程与传统分析力学中的Lagrange方程的相容性问题.结果显示,三阶Lagrange方程可以通过对Lagrange方程求一阶时间导数得到,表明它们是相容的.因此三阶Lagrange方程提供了一种不同于传统Lagrange方程方法的求解物体运动方程的途径.     

大体积混凝土结构表面保温计算方法研究

【目的】通过算例对比分析等效表面散热系数法、等效厚度法、导热系数法、导温系数法在计算保温板保温效果方面的异同,为大体积混凝土结构表面保温的计算提供依据。【方法】从热量平衡原理出发,推导了直接以导热系数、表面散热系数和热量为热传导方程基本参数的温度场计算方程,据此修改了以导温系数为基本参数的温度场有限元计算程序RCTS。【结果】利用修改后的温度场有限元计算程序RCTS,能够合理地计算由不同热学性能材料组成的复合结构的温度场,能模拟计算大体积混凝土结构任意部位在任意时段的表面保温效果。实例计算结果表明,导热系数法与等效表面散热系数法的计算结果比较接近;由于等效厚度法是等效表面散热系数法的近似处理,计算结果与前二者有一定差异,但相差不大;导温系数法往往得不到合理的结果。【结论】等效表面散热系数法计算方便,工作量小,效率高,精度能满足工程要求,具有工程应用价值。     

River discharge monitoring using a vertically moving side-looking acoustic Doppler profiler

This paper presents an innovative river discharge monitoring system which uses a horizontal acoustic Doppler current profiler (H-ADCP) attached to a mechatronic system that provides vertical motion to different depths. Also, an extended index velocity method is developed which utilises velocity measurements from different depths to achieve more accurate discharge calculation under complex flow conditions. The prototype system was developed and installed near the estuaries of a river where backwater and tidal motion was known to be present due to small distance and altitude difference from the sea. Five experiments were performed, and in two experiments the proposed method performed roughly the same as the standard index velocity method. In the other three experiments the proposed method performed much better and the difference between the discharges was as large as 10%. The results indicate that a vertically moving H-ADCP can be used to calculate river discharge more accurately in complex flow environments.     

平原灌区明渠涨水过程数值计算

通过联立明渠非恒定流的运动方程和连续性方程,经离散变换后采差分法求解得到了计算明渠涨水过程的计算模型,本模型的边界和初始条件实际上就是进口断面处的水位和流量变化的过程函数。并计算了一实例,得到了经试验验证较为合理的计算结果,证实了该模型的合理性与可行性,故该计算结果可用来指导明渠系统调节调度或是预报洪峰行进,为灌区渠系的防洪提供了理论参考。由于该模型的建立的控制方程适用于小坡度明渠,故该模型适用于坡度较小的渠道,尤其适用于平原灌区渠系。     

湿天然气管输瞬变流模型及数值模拟技术研究

湿天然气浊经输技术的应用可减少海洋,沙漠,戈壁,滩海等条件恶劣的凝析气田的操作作人员和降低开采费用。在实际运行中,湿天然气在输送管道中的流动总是处于慢瞬变状态。     

斜板梁桥的内力分析

本文根据斜交构造异性板的弯曲理论,把板梁组合结构比拟成板来计算。位移模式采用双向三次B样条函数。在斜交坐标系下,直接写出斜交构造异性斜板的总势能泛涵,利用变分原理,构成该斜板单元的刚度方程。和通常有限元法相比,衣法具有计算量少,节省机时,提高精度等优点。根据本文编制的FORTRAN计算程序,举例在IBM微机上进行运算,计算结果与文献中的实例相符合。该程序具有一定的通用性,使用方便。     

利用河流选择性冲刷原理下降黄河悬河——加压液化输沙专利简介

以治理黄河悬河为例,简要介绍了加压液化输沙专利技术,由传统的水流拖曳力从河床表层起动泥沙颗粒输沙,转变为人工深层渗透幕墙式液化整体向上起动泥沙的创新思路,利用河流选择性冲刷原理,以及具有的独特性能、可行性和经济性,并对应用前景进行了预测.该技术可广泛应用于水库库区和库尾、河口和港口、湖泊等的淤积物清淤,也可以用于险工河段的防洪导溜抢险等领域.     

基于牛顿-拉夫逊电力系统潮流计算的改进算法

牛顿-拉夫逊法是求解非线性代数方程有效的迭代计算方法，广泛应用于现代电力系统安全分析、故障诊断与控制的潮流计算中。为提高牛顿-拉夫逊潮流计算方法的快速性和收敛精度，本文提出一种改进的牛顿-拉夫逊潮流计算法，并通过IEEE14和IEEE30节点测试系统分析表明与传统方法相比该方法所具有的优点。     

输气管道"气推气"投产过程混气规律研究

长输天然气管道的置换投产一直是采用现场的检测仪器加以控制,而目前普遍使用的"气推气"方式在投产过程中缺乏理论依据。根据流体动力学三大方程,结合气体间扩散方程提出了"气推气"投产混气规律的数学模型,利用差分方程进行了求解,并且编制了计算程序。以西气东输西段为目标管道进行了计算,其结果与实际相吻合,可以应用于工程分析。该模型也可以为其它长输天然气管道的投产提供理论支撑以及技术支持。