任意曲线坐标系下二维浅水方程的数值模拟

采用拟合边界曲线的方法来构造天然河道、湖泊、港口河口以及海湾的复杂边界问题,建立任意正交曲线网格以克服由于复杂边界而引起的计算困难.在此基础上,推导出任意曲线坐标系下的二维浅水方程、湍流动能方程和湍流动能耗散方程;应用有限差分方法对该方程组进行数值离散,并用交错方向隐式格式实现在计算区域内对任意曲线坐标系下的二维浅水方程进行数值求解.为了验证在任意曲线坐标系下二维浅水方程数值求解方法的可靠性、正确性,以DeVriend的180°平面弯道水槽试验物理模型为例进行数值模拟,结果表明,数值计算的结果和DeVriend的试验结果相当吻合,最大绝对误差值约为10^-2,因此,数值计算方法合理可行,可为任意复杂边界的天然河道、湖泊等水域的水动力研究提供有效的计算方法.     

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。     

北本水电站下引航道泥沙冲淤数值模拟

针对北本水电站下引航道泥沙淤积问题,采用平面二维泥沙数学模型进行了数值模拟,得到了下引航道特别是口门区5年淤积过程。在此基础上,讨论了航道冲沙闸冲沙流量和冲沙时机,提出了改善航道冲沙闸冲沙效果的措施。建议冲沙时机选择在流量较小的时候, 为减少电能损失,下引航道拉沙可以选择在深夜负荷处在低谷的时候进行。     

基于二维水动力模型的溃坝洪水数值模拟研究

【目的】研究水库溃坝洪水影响。【方法】以辛庄水库为例,通过建立二维水动力模型,模拟了不同溃决方案下溃坝洪水演进过程,计算了下游高速铁路处淹没水深、流速、冲刷深度等,分析了溃坝洪水对下游高速铁路的安全运行影响。【结果】水库未溃决时,溢洪道最大下泄洪水能够正常通过铁路涵洞,对下游工程影响较小;水库大坝正面溃决的影响要比侧面溃决的影响大,下游部分铁路路基顶面过水,影响铁路正常运行;大坝溃决后最大流速是未溃决时的2.15～2.48倍,涵洞处最大冲刷深度是未溃决时的1.56倍。【结论】二维水动力模型可较好的模拟溃坝洪水演进过程和淹没范围,研究成果可为水库溃坝洪水灾害预防提供参考和数据支撑。     

河道型水库立面二维水温结构数值模拟

针对河道型水库运行后库区水温结构的改变,及其对库区和下泄水温过程造成的影响,在充分考虑入库流量及水温、气温、太阳辐射、水库调度等影响因素的基础上,建立了河道型水库立面二维水温数学模型,并对模型主要参数进行了率定.以典型的河道型水库——三峡水库为例,预测了水库在平水年和特枯年份下库区立面二维及下泄水流水温分布规律.结果表明:三峡水库水温在春、夏季纵向上差异显著,传统的垂向一维模型难以准确反映库区水温纵向分布特征;不同典型年春季在部分区域水温易出现弱分层现象,平水年垂向最大温差约为8.14 ℃,而特枯年份最大温差可达8.82 ℃,但持续时间短,难以形成稳定的分层结构;不同典型年春季温差较大的区域基本上出现在100.0 m以下水体,而春季三峡水库主要经由机组过流,电站取水口中心高程为130.0 m,可以认为在三峡水库对下泄水流水温不会产生明显的影响,研究结果可为三峡水库生态环境管理提供科学依据.     

超标准风暴潮作用下多线联合防御数值模拟分析

针对陆域保护区低于外江高水位的强潮河口地区,以钱塘江河口区为例建立了覆盖两岸保护区域的高精度二维风暴潮淹没计算数值模型.该模型考虑了陆域保护区道路及滩涂围垦形成的二线堤防等多道具有防潮作用的防线,并以室内波浪模型试验和海塘极限防御能力评估及历史实际台风破坏调查为依据确定临江一线海堤损毁程度.利用该模型在2场超标准风暴潮作用下的仿真成果,对保护区内多道防线联合作用效果进行了分析,确定了典型台风下各道防线的联合作用范围及效果.该结果可为强潮河口地区应对超标准风暴潮的防御措施制定提供重要依据.     

河滩湿地对河道洪水影响的二维数值模拟

为阐明樟里河河滩湿地对河道洪水的影响,指导工程施工,在率定好一维数学模型的基础上,建立了平面二维数学模型,定量计算有无湿地、湿地有无过水涵洞工况下对水位、流场形态的影响。结果表明,湿地的防洪减洪、削峰缓流作用明显,涵洞的存在减少环流,有效降低水位差、流速差。研究结果可为河道治理与防洪安全提供参考。     

水泵站底坎二维绕流湍流数值模拟

采用基于RNG方法的湍流模型对水泵站底坎绕流流场进行了数值模拟．在笛卡尔坐标系下，采用交错网格的有限体积法求解二维不可压Navier-Stokes方程，计算结果与试验数据以及与采用标准的K-ε两方程湍流模型计算的结果进行比较，结果表明基于RNG方法的湍流模型对于有强漩滚回流的尾流的详细结构，能够给出真实的模拟．     

植被作用下明渠交汇水流特性数值模拟研究

水流交汇现象普遍存在于天然河网系统和水利工程中,其水流特性研究对河道治理、美化城市水环境等具有重要意义。利用Mike21FM模型对明渠交汇水流进行数值模拟,并采用水槽试验对该模型进行了验证,最后分析了明渠直角交汇水流在不同汇流比情况下及植被影响下的水流特性。结果表明,汇流比越大,交汇口上游水位越高,下游水位波动越大,主渠高流速区偏向交汇口对侧,低流速区位置到交汇口上游角的距离有所增加,同时分离区中心的流速减小。植被的存在使交汇口上游和下游水位均有抬升,且对分离区内的水位影响较大,同时,支渠流速偏转起始位置距交汇口距离较无植被时有所增加。     

银湖湾A区围垦规划潮流泥沙数值模拟研究

采用边界拟合坐标系下的潮流基本方程和泥沙连续方程及河床变形方程, 建立二维动边界非恒定潮流泥沙数学模型,并在模型中考虑了波浪对水流挟沙能力的影响。在模型验证的基础上,对银湖湾A区滩涂围垦规划方案进行了潮流泥沙数值模拟研究。研究结果表明,银湖湾A区滩涂规划方案实施后,对黄茅海整体流速、流态、冲淤影响不大。从潮流泥沙角度考虑,该围垦规划是可行的。     

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。     

潮州三百门电厂冷却水排放的数值模拟研究

海湾及潮汐河口的冷却水工程研究近年来受到人们的重视，由于受到潮汐的影响，其冷却水布置及热污染特性比河道及水库型更为复杂。采用数值模拟的方法，首先对电厂附近的潮流特性及冷却水输移扩散进行模拟计算，研究了电厂近海水域的水动力结构及其对冷却水排放的影响，给出电厂取水温升及热污染范围，为电厂取水设计工作提供依据。     

自然侧风作用下汽车空气动力学数值模拟研究

在传统汽车风洞数值模拟的基础上引入侧风阵风模型,对阶背式MIRA模型在自然侧风下的风阻、压力场、外流场等表现进行了数值模拟仿真研究。研究结果表明,随着侧风风速的增加,车身表面逐渐产生较大的压力分布变化,且尾部附着涡系逐渐变复杂,均匀流起始位置逐渐向后移动,为侧风工况下的车身表面及结构优化提供了参考。     

新疆卡拉贝利水库泥沙二维数学模型坝前冲刷计算初探研究

新疆南疆地区水库由于建库初期蓄水运行,库容快速淤损,虽然改变了运用方式,库区仍淤积严重。结合实际工程以水流运动方程及经过作者修正的泥沙运动方程为基础,同时引入与实测资料相符合的水流协沙力、动床阻力、泥沙级配等计算公式作为补充方程,构造出新疆卡拉贝利水库泥沙淤积二维数学模型,运用该模型对卡拉贝利水库进行坝前冲刷计算初探研究,并进行了模型验证,以达到模拟水库泥沙淤积的目的。     

基于UDF方法的稳流器二维动态与三维静态数值模拟对比研究

为进一步完善稳流器流道内部结构及设计理论,通过UDF(用户自定义函数)方法,对某稳流器的流动进行了二维动态及三维静态数值模拟对比研究,得到流量、水头损失与上下游压差力之间的关系,并与物理模型试验结果进行对比分析。结果表明:二维动网格模型与三维静态网格模型的计算精度接近,但其能更真实的模拟出三维静态模型所不能反映的运动边界。     

联合运行泵站前池优化数值模拟研究

基于 N-S方程和标准的 k-ε紊流模型 ,采用交错网格系统 ,对联合运行泵站前池的各种复杂流态进行了数值模拟 ,优化了前池布置形式 ,并对工程措施的改善流场进行了计算。计算和模型试验均表明采用整流措施的优化方案是切实可行的。研究成果可应用与类似泵站兴建与改造 ,具有较好的推广应用价值     

联合运行泵站前池优化数值模拟研究

基于N－S方程和标准的k-ε紊流模型，采用交错网格系统，对联合运行泵站前池的各种复杂流态进行了数值模拟，优化了前池布置形式，并对工程措施的改善流场进行了计算。计算和模型试验均表明采用整流措施的优化方案是切实可行的。研究成果可应用与类似泵站兴建与改造，具有较好的推广应用价值。     

TCC控制下的渠道水流数值模拟研究

青铜峡灌区建立了全国首个全渠道控制系统(简称TCC)示范区,TCC通过测控一体闸控制水位流量,运行调度过程中渠系产生非恒定非均匀流。本文应用圣维南方程组模拟渠道水位流量过程,应用普列斯曼有限差分法离散方程组,采用牛顿-拉普森迭代法求解非恒定非均匀流的代数方程组。针对U形渠道进行了水流过程的数值计算,验证结果表明,圣维南方程组及牛顿-拉普森迭代法适用于测控一体闸的水流模拟,水位和流量的计算结果与实测值误差较小。研究结果为建立测控一体闸的控制模式提供依据。     

喷灌条件下土壤水分分布的数值模拟研究

现有试验研究结果表明,喷灌水量在土壤中的分布比其在地面的分布要均匀得多。通过建立三维土壤水分运动数学模型来模拟喷灌条件下土壤水分运动情况,并用经济解法对方程进行求解。使用编制的程序进行实例计算的结果表明,喷灌水量在土壤中的分布要比在地表的分布均匀得多。喷灌水量在土壤中分布的均匀性与初始的土壤水分分布均匀性有较大的关系。     

地震作用下渡槽内水体响应三维数值模拟与分析

[目的]研究输水渡槽在地震荷载作用下的水体响应特性,为渡槽振动条件下的流固耦合分析及满溢风险评估提供指导.[方法]采用FLOW-3D三维仿真软件,从地震荷载作用方式、地震荷载频率、渡槽内水体流量大小3个角度出发,设置了3组数值仿真实验,并由仿真结果分析了渡槽水体在典型地震荷载作用下的响应特性.[结果]渡槽边壁在靠近自由...