基于平面二维浅水方程的海河干流行洪模拟研究

通过在天津市城市段海河干流应用平面二维浅水方程,分别模拟计算不同重现期设计暴雨下2种不同情景的河道行洪。结果表明平面二维浅水方程模拟河道洪水演进的结果较好,且受洪涝潮影响的城市河道行洪压力在下游增设抽水排涝泵站的情景下可得到有效缓解,但单一的工程措施已不能保障城市河道的行洪安全,需采取更加多样化的措施才是上策。     

非正交曲线坐标系平面二维丁坝绕

将非正交曲线坐标系下的平面二维河道水流数学模型应用于丁坝绕流计算，克服了正交网格在对不规则边界进行局部模拟时存在的一些缺陷。几种丁坝布置方案下计算所得流速分布、局部流场、水面线变化结果与水槽试验结果吻合良好，表明模型具有较强的适应性和较高的精度，能应用于丁坝绕流计算。     

微孔渗灌条件下土壤水分运动数值模拟

为提高微孔渗灌条件下土壤水分运动数值模拟精度,建立了含有第3类边界条件的二维微孔渗灌土壤水分运动数学模型,着重论述了微孔管3类边界条件处理的流速分解法,并采用ADI交替方向隐式差分法求解数学模型。室内试验结果表明,在渗灌管边界,模拟计算结果的相对误差在6.7%以内,远离渗灌管的地方误差更小,实测值与模拟值二者吻合较好。说明建立的数学模型、边界条件和求解方法具有较高的精度,提出的微孔管边界处理的流速分解法具有可行性,可用来模拟各种因素(微孔管特性、供水特性与土壤特性)影响下微孔渗灌条件下的土壤水分运动。     

曲线坐标系下三维水动力模型求解新方法

为求解三维水动力模型的高精度数值计算,设计了一种在曲线坐标系下求解的新方法.对ξ,η和ζ共3个方向的空间导数分别采用高精度的紧致有限差分以及非线性项的迎风紧致有限差分格式,时间积分则采用四阶修正Runge-Kutta显式格式.为了验证该算法求解曲线坐标系下三维水动力模型的正确性,选取与De Vriend的180°弯道水槽试验相同的物理参数进行数值试验,计算出水位、流速分布等,并将计算结果与De Vriend的试验值以及先前采用SIMPLEC法获得的数值结果进行了对比分析.结果发现：文中创建的高精度算法获得的数值解比SIMPLEC法计算的数值结果更符合试验值,通过算法定量计算得到的平均速度值与试验测量值之间产生的最大相对误差约为3%.说明构建的高精度紧致有限差分算法来数值求解三维水动力问题是可行的、合理的,为天然河道、明渠以及湖泊等水动力计算提供参考依据.     

板材多点弯曲过程及回弹现象的数值模拟

以柱面弯曲为例,利用工算法对多点成形过程进行了模拟,并与静态隐式算法相结合,对板条多点成形回弹现象的主要影响因素进行了分析。同时,对利用动态松弛算法和静态隐式算法回弹分析结果及ＣＰＵ时间进行了对比,证明了隐式算法计算回弹的高效与合理。     

基于静力隐式方法的板料成形过程数值模拟

介绍了板料成形静力隐式弹塑性有限元数值模拟的基本理论和接触界面数值模拟技术以及增量过程应力计算的回映技术。基于这些方法开发了静力隐式程序，对球形模具拉伸成形过程进行了数值模拟，计算结果与文献[8]的计算结果吻合很好，文中给出了板料圆柱形模具成形回弹的数值分析结果。     

地下滴灌土壤水分运动数值模拟

基于土壤水动力学原理,建立了针对地下滴灌(SDI)具体条件下土壤水分运动的数学模型。对建立的特定模型进行了ADI交替隐式差分求解。模拟计算结果得到了室内试验的验证。     

免耕覆盖条件下田间土壤水分入渗的二维数值模拟研究

根据土壤水动力学基本原理,建立了秸秆覆盖条件下夏玉米SPAC系统中二维土壤水分入渗模型,应用该模型采用ADI法对辽宁地区秸秆覆盖条件下玉米田间土壤水分入渗过程进行模拟计算。模拟结果再现田间土壤水分入渗过程,同时显示产流与未产流情况试验数据与模拟值均有较好的一致性,平均相对误差均在5%以内,所构建模型可用于覆盖条件下土壤水分运动规律的研究。     

非稳定边界条件下地下水流场数值模拟

地下水流数值模拟的目标是复制和再现实际地下水流状态。非稳定边界是指,模拟流场和外部环境通过它进行的物质、能量和信息交换具有重要影响且该交换规律难以准确刻画的边界。对于潜水含水层平面二维非稳定流,边界的非稳定性集中体现在水力坡度和含水层厚度上,可以借助迭代法实现模拟,应用该方法成败的关键在于相邻二时段边界渗流量的差值是否满足精度要求。给出非稳定边界条件下地下水流场数值模拟实例,并综合采用水位拟合、水量均衡和流场分析等方法对模拟结果进行识别和验证。     

利用Fluent软件对植物坝覆盖下二维两相流场的数值模拟

通过物理模型试验及推导建立植物过流水动力学方程,对植物“柔性坝”过流时的水动力学特性进行了数值研究;利用计算流体力学软件FLUENT,用VOF方法追踪自由水面,采用多孔介质域模拟植物坝覆盖区域,以多孔介质前后压强配合空隙率来确定渗透率,对有植物坝覆盖的水槽二维两相流场进行了数值模拟。将数值计算得到的流速值与模型试验流速值实测结果进行了比对,两者吻合较好。     

果树蓄水坑灌法单坑水分入渗数值模拟及分析

根据果树生理特性与土壤水动力学理论，建立了非恒定水位复杂边界条件下的蓄水单坑均质土入渗及土壤水分运动的数学模型，并采用交替方向隐式差分法进行求解。其模拟结果与实测结果吻合较好，表明利用该方法模拟蓄水单坑的水分入渗问题是可行的。用本模型模拟了不同条件下的入渗过程，并对入渗规律的影响因素进行了分析，为蓄水坑灌理论与灌水技术要素的深入研究做了一些基础性的工作。     

基于HYDRUS-3D的涌泉根灌土壤入渗数值模拟

针对涌泉根灌流量大且出流边界为柱状,与传统滴灌、渗灌等存在很大差异的问题,依据非饱和土壤水动力学理论,并结合涌泉根灌条件下土壤水分运动特征,建立了具有柱状出流边界的入渗模型,利用HYDRUS-3D对模型进行求解,所建模型通过土壤剖面含水率随时间变化的实测值与模拟值的对比进行验证.结果表明:模拟值与实测值的相对误差在10％以内,两者具有较好的一致性,数值模拟结果可为涌泉根灌系统的合理设计及运行提供理论依据.通过数值模拟方法研究了流量、套管开孔长度对土壤含水率的影响,发现流量越大,水分运移速率越大,随着时间推移流量所引起的差异减小;灌水量相同时,灌水结束后土壤湿润体范围随流量增大略有减小;开孔区长度增加对湿润体形状、大小没有显著影响,但对土壤湿润体内水分分布状况影响较大.     

基于管嘴出流规律的水击边界条件 数值模拟

为研究阀门关闭瞬间产生的水击压力,以管嘴出流规律来确定阀门断面的水头和流量的关系,并结合特征线方程,以水击实验台为模型,用MATLAB编程进行水击模拟计算.结果表明:阀端压力随阀门关闭先迅速上升,0.36 s达到最大值,之后压力又迅速下降;随着时间的增加,阀端压力不断重复上升到峰值然后又下降,但其最大压力都小于第1个峰值.将其与水击实验台的试验结果对比分析,验证了管嘴出流模型以及计算程序的准确性.故在简单的有压管道中,当管道末端为阀门时,可以按照管嘴出流规律来建立边界条件.在此基础上依次取阀门关闭时间为1.0,2.0,3.0,4.0,4.8 s,模拟了阀门关闭时间对最大水击压力的影响.结果显示,阀门关闭时间对水击压力有很大影响:关阀时间越长,产生的最大水击压力越小,但随着阀门关闭时间的延长,水击压力的减小幅度会越来越小.     

汽车冷却水泵高速运行时密封件损伤数值模拟与优化

以某种型号的汽车冷却水泵为研究对象,观察耐久性试验时汽车水泵的失效现象,发现轴封处密封件因为水封出现干烧现象而损伤.为研究该汽车水泵失效原因,以时均N-S方程作为控制方程,采用SST k-ω双方程湍流模型及均相流空化模型对汽车水泵内空化两相流进行数值模拟.模拟计算结果表明,在高温、高速工况下,叶轮后盖板与机械密封之间出现了压力缺失,产生气体,导致橡胶件处水封流动不充分,发生空化现象.文中通过增加泵壳扰流筋及挡水环,改变叶轮平衡孔位置及平衡孔大小,并将数值模拟和试验研究结果进行对比验证.优化结果表明:改变叶轮和泵壳模型,使得叶轮和密封件之间液体流动更加充分,改善了密封件处的空化性能,消除失效现象.研究成果对工程实际具有一定的指导意义.     

高速诱导轮三维非定常湍流数值模拟

基于N—S方程和滑移网格技术,利用FLUENT软件对诱导轮内部流场进行了全三维非定常湍流数值模拟,获得了诱导轮内部的速度分布、静压分布以及流体压力脉动特征等重要的流动信息．描述了诱导轮进口及轮缘间隙处的回流现象,解释了回流现象发生的原因,即轮缘处叶片压力面和吸力面存在压差;分析了回流引起的进口低压区对诱导轮汽蚀性能恶化的过程;采用快速傅立叶变换处理监测点的压力脉动数据,发现流体压力脉动中的主导频率成分约为转频的Z次谐波,所以可避免流体脉动诱发的机械谐振．模拟结果为高速诱导轮的改进设计提供了一定的理论依据．     

椭圆截面形状大回转消防水炮炮管内流数值模拟

以大回转型大流量消防水炮炮管为研究对象,对3种流量工况下圆截面和不同离心率椭圆截面消防水炮炮管内三维定常流动进行数值计算,分析不同截面炮管内流体水力损失和出口流态,得到截面变化对消防水炮炮管内部流动的影响规律,结果表明:在3种流量工况下,圆截面炮管与非圆截面炮管水力损失Δp差异较小,变化范围在2.7%以内;出口湍动能随着炮管截面的椭圆离心率增大而增大,从云图分布中可看出峰值且逐渐偏离管道的中心轴线;出口涡通量J随着椭圆离心率的增大而减小,可达到小于圆截面J值的情况,说明压扁管道可减小出口截面上旋涡强度;竖向椭圆截面炮管平均出口速度偏差■小于圆截面炮管出口值,且随椭圆离心率的增大而减小,表明竖向压扁管道带来更好的速度均匀分布．相同离心率的竖向椭圆截面炮管比横向的椭圆截面炮管的平均出口速度偏差值低21%,竖向压扁的方式优于横向压扁方式．大回转水炮炮管数值模拟对比后的结果表明,改变流道截面将改善出口流态．     

浅埋区地下水--土壤水资源动态过程及其调控

分析了冬小麦生长期地下水-地下水资源量动态过程和地下水、土壤水分变化特征.结果表明,在地下水浅埋区地下水对土壤水的补给为农田蒸散的重要的水分来源,现行的灌溉制度不考虑这一作用,过多的灌溉量不仅会消弱地下术对土壤水的补给,而且多余的土壤水分还会下渗补给地下水,造成水资源的无效损失和动力能源的损耗.为了提高作物水分利用效率,提出了相应的地下水-土壤水资源调控措施.     

抽水蓄能电站引水岔管水力特性数值模拟

通过对某抽水蓄能电站在不同工况（抽水或发电）、不同分流比（单台机或多台机运行）情况下引水岔管的水力特性进行三维数值模拟计算,采用非结构化网格离散计算区域,使用有限体积法将方程的积分形式转化为代数方程组,为保证计算精度,采用二阶迎风格式,隐式求解,速度和压力方程用SIMPLE算法耦合．分析了各工况下岔管处水头损失变化和水流流态情况．结果表明,计算结果与试验较吻合,由于夹带不同能量水流汇合后“能量相互传递”,抽水工况水头损失出现了负值,发电工况流态好于抽水工况流态;分流（发电）水头损失较大,合流（抽水）水头损失较小,为机组运行方式的选择提供了依据,可使岔管能量损失降低到最小程度．     

基于GMS的邯郸市受水区地下水数值模拟

南水北调工程是缓解我国北方部分地区水资源短缺的特大型水资源配置战略工程.其实施将显著改善我国北方地区的水资源条件及其配置格局,并为受水区生态环境的保护与修复创造有利条件.以邯郸市受水区为研究对象,利用GMS软件对研究区地下水进行数值模拟,并对模型参数进行识别与验证,进而开展整个研究区的水均衡分析工作.结果表明:所建模型较好地模拟了该区的含水层结构、边界条件,所模拟的地下水位与实测水位较为接近,可用于预测不同水源配置方案下未来该区的地下水位变化情况,以此为该区的地下水压采工作提供决策依据.