大伙房水库暴雨情况下三维水动力数值模拟

以辽宁省大伙房水库为例,根据一场暴雨情况下入库流量的时间变化特征,建立库区三维水动力数学模型模拟分析在一场暴雨入库过程中库区三维水动力空间分布及随时间变化的特征。模拟结果表明:受入库流量和丰水期主导风向东北风的影响,在模拟前期,吞吐流对水库流场的影响大于风生流对水库流场的影响且不同层水流结构基本一致。在模拟后期,风生流对水库流场的影响大于吞吐流对水库流场的影响且不同层水流结构有所不同。各个时刻的底层流场流速大于中层流场流速大于表层流场流速。     

大伙房水库暴雨情况下三维水动力数值模拟

以辽宁省大伙房水库为例,根据一场暴雨情况下入库流量的时间变化特征,建立库区三维水动力数学模型模拟分析在一场暴雨入库过程中库区三维水动力空间分布及随时间变化的特征。模拟结果表明:受入库流量和丰水期主导风向东北风的影响,在模拟前期,吞吐流对水库流场的影响大于风生流对水库流场的影响且不同层水流结构基本一致。在模拟后期,风生流对水库流场的影响大于吞吐流对水库流场的影响且不同层水流结构有所不同。各个时刻的底层流场流速大于中层流场流速大于表层流场流速。     

基于数值模拟的单锚张纲张网水动力性能研究

为深入开展单锚张纲张网渔具结构优化、渔获性能评价研究,使用数值计算方法对其水动力特性和形状进行模拟。根据田内准则将中国东海近海渔业生产中常用的单锚张纲张网(230 m×180 m)按大尺度比为25和小尺度比为3.95缩小,然后使用集中质量法对模型张网进行离散化处理,并对网目进行群化。建立拓扑结构,在此基础上采用有限元方法建立单锚张纲张网数学模型并进行数值模拟。结果表明:网具从初始状态到稳定状态的时间随流速的增加而减小;当流速较小时,网口水平和垂直扩张较好,随着流速的增加,网口两侧网衣垂直扩张逐渐减小,上、下纲中部高度未见明显减小,但后坠程度逐渐增大,网具纵向拉伸逐渐增大,网口的宽度明显减小,而网口高度略有下降;网具各部分网衣的缩结系数从网身到网囊逐渐减小,且随着流速的增加而减小;网具的总阻力(F)随流速的增加而增加,且与流速(v)呈F=480.1×v1.722的关系;网具上纲和下纲两端结附网线张力载荷较为集中,且随着流速的增加,集中载荷分布趋势愈加明显。研究表明,通过数值模拟分析网具的总体扩张和阻力,掌握张网网具各部分网衣和纲索的张力载荷分布,以及随流速的变化情况,分析网具的受力均匀性和结构合理性,了解各部分网衣的横向扩张情况,这对于分析网具整体选择性、滤水性和渔具的导鱼性等至关重要。     

石佛寺水库二维水动力数值模拟

石佛寺水库是辽河干流上唯一一座控制性水利工程,将其作为研究对象,基于水动力软件MIKE 21,建立了石佛寺水库二维非稳态水动力模型。利用质量平衡进行模型可靠性分析,结果表明,不合理洪水过程线是有效的,即模型是可靠的;利用2018年水库实测流量资料进行模型主要参数的率定,采用偏差统计法进行误差分析,结果表明,绝对值偏差为72 m³/s,相对误差为7.5%,模型计算误差在允许范围内,满足精度要求;实现了水库流场变化规律的模拟计算。利用所建立的模型,进行石佛寺水库水动力情况的模拟与分析,进一步验证了模型的可靠性,可为水库的日常管理、生态治理、水质改善等提供技术支持。该模型的建立为水库水质模型提供了运行载体,是水质参数运移、消散、衰减过程研究的基础。     

广东省潖江蓄滞洪区二维洪水数值模拟研究

采用MIKE21模拟广东省潖江蓄滞洪区50a一遇洪水淹没过程,利用实测资料对模型进行验证,结果表明,该模型能较好地模拟潖江蓄滞洪区洪水淹没过程,可用于北江防洪规划。     

矩形曲面网板水动力性能的数值模拟

拖网网板为网衣提供水平张力,是拖网作业系统非常重要的渔具构件之一。该文利用CFD软件FLUENT研究了展弦比对矩形曲面网板其水动力性能的影响。研究中设计了2种不同展弦比λ的网板,在流速1.54m/s,迎流冲角α=0°~50°时,建立数值水槽进行数值模拟,得到网板的阻力系数Cd、升力系数Cl、俯仰力矩系数Cm和升阻比K,对比不同网板的水动力性能差异。结果表明,1号网板(λ=2.0)与2号网板(λ=1.5)的最大升力系数分别为0.85(α=15°)和0.92(α=42°);最大升阻比分别为9.59和8.35,俯仰力矩系数的绝对值分别为0.013和0.001。可见,展弦比越大,临界冲角和Cl值越小,最大升阻比越高,但稳定性越差。研究结果可为拖网网板的结构优化设计提供参考。     

基于数值模拟的单锚张纲张网水动力性能研究

为深入开展单锚张纲张网渔具结构优化、渔获性能评价研究,使用数值计算方法对其水动力特性和形状进行模拟。根据田内准则将中国东海近海渔业生产中常用的单锚张纲张网(230 m×180 m)按大尺度比为25和小尺度比为3.95缩小,然后使用集中质量法对模型张网进行离散化处理,并对网目进行群化。建立拓扑结构,在此基础上采用有限元方法建立单锚张纲张网数学模型并进行数值模拟。结果表明:网具从初始状态到稳定状态的时间随流速的增加而减小;当流速较小时,网口水平和垂直扩张较好,随着流速的增加,网口两侧网衣垂直扩张逐渐减小,上、下纲中部高度未见明显减小,但后坠程度逐渐增大,网具纵向拉伸逐渐增大,网口的宽度明显减小,而网口高度略有下降;网具各部分网衣的缩结系数从网身到网囊逐渐减小,且随着流速的增加而减小;网具的总阻力(F)随流速的增加而增加,且与流速(v)呈F=480.1×v1.722的关系;网具上纲和下纲两端结附网线张力载荷较为集中,且随着流速的增加,集中载荷分布趋势愈加明显。研究表明,通过数值模拟分析网具的总体扩张和阻力,掌握张网网具各部分网衣和纲索的张力载荷分布,以及随流速的变化情况,分析网具的受力均匀性和结构合理性,了解各部分网衣的横向扩张情况,这对于分析网具整体选择性、滤水性和渔具的导鱼性等至关重要。     

基于MIKE 11模型的林芝市八一大桥壅水影响研究

跨河桥梁工程建成后,会对河道的防洪能力造成一定影响,西藏地区年代久远的部分桥梁未进行相应的防洪影响评价分析。为保障下游人民的生命财产安全,以林芝市八一大桥作为研究对象,选用MIKE11模型模拟计算了林芝市八一大桥建桥前后壅水的高度、长度以及阻水比,并对目前林芝市八一大桥的行洪安全进行重点分析。结果表明：林芝市八一大桥在50a设计洪水下的阻水比为4.79%,上游最大壅水高度为0.053 m,壅水长度为1.395 km,断面平均流速增加0.08 m/s,允许的最低梁底高程为2 998.22 m,现状梁底高程2 998.50 m,因此,目前林芝市八一大桥的桥梁高程满足河道行洪安全要求。     

冻土水热运动的数值模拟

本文在建立冻土水热耦合迁移的数学模型基础上，采用全隐式有限差分格式并用线性化迭代方法求解。边界条件处理采用半控制容积法、时间步长根据迭代情况自动调节，求解过程中为防止振荡过大采用松驰迭代等措施。通过计算与实验结果对比，取得较好效果，表明采用的数学模型及数值计算方法可靠。     

基于MIKE11的冶勒水库溃坝洪水模拟研究

溃坝给人民的生命和财产安全带来了巨大的危害,溃坝洪水模拟可对大坝失事的影响进行预估,因此对洪水风险评价及应急预案制定有着重要的意义。文章以南桠河流域冶勒水库及其下游区域为研究对象,基于MIKE11中DAMBRK溃坝模型,对四种不同溃决情景下溃坝洪水在下游的演进过程进行模拟,并分析对下游的影响。结果表明,冶勒水库发生溃决后,以泄洪洞堵塞或垮塌,同时遭遇大洪水,放空洞泄流能力不够导致大坝漫顶溃决对下游危害最大;以大坝施工质量或地震对坝体的破坏,导致大坝发生管涌溃决危害最小;然而在做防范措施时,要尽量以漫顶溃决的洪峰流量为参考,从而减小冶勒水库溃决给下游带来的不利影响。     

象山港海洋牧场规划区选址评估的数值模拟研究：水动力条件和颗粒物滞留时间

应用成熟的海洋数值模式ECOMsi (Estuarine Coastal Ocean Modelsemiimplicit)用于评估宁波象山港海洋牧场规划海域（白石山中央山铜山西北侧）的水动力条件,并耦合一个拉格朗日质点追踪模块研究了规划区海域水体和颗粒物在象山港内的滞留时间。结果表明,海洋牧场规划区底层流速基本符合小于0.8 m/s的最高流速限制,综合考虑规划区附近的水深条件,建议将人工鱼礁投放区设定在规划区西北侧海图水深6～10 m的范围内,可使表底层最大流速分别限制在1.2 m/s和0.6 m/s以下。海洋牧场规划区内释放的质点追踪结果表明,90%左右的颗粒物质在象山港狭湾内的存留时间大于2个月。以海洋牧场核心区周边5 km和10 km范围为判定依据时,质点释放后前30 d,离开海洋牧场核心区的质点比例增长较快,30 d后,基本达到稳定。质点释放1个月到2个月时间内,位于核心区5 km范围内的质点维持在30%～40%左右,位于核心区10 km范围内的质点则维持在80%左右。     

坐水播种土壤水分入渗的数值模拟

以土壤水动力学为理论基础，对坐水播种土壤水分入渗物理过程进行分析，建立其水分入渗的数学模型，并用有限元方法求解。通过室内入渗试验，检验数学模型的适用性。应用该数值模型，分析了土壤初始含水率、种沟宽度、回土量等因素对水分入渗的影响，并对回土量的选择进行了讨论。     

沉桩引起地基孔隙水压力变化的数值模拟研究

利用有限元数值方法,分析了预制桩沉桩过程中周围地基土孔隙水压力的变化规律,并与实测孔压进行了对比分析．结论可用于指导沉桩的设计和施工。     

波流作用下双体组合式网箱水动力特性研究

运用刚体运动学原理及集中质量方法,建立了双体组合式网箱浮架、网衣、锚绳及浮子的受力运动方程数学模型,利用物理模型试验对数学模型进行了验证。结果表明,所建立的数学模型具有较好的可靠性及准确性。在此基础上运用数学模型,计算了在不同波流工况下,双体组合式网箱的锚绳受力、浮架运动及网衣变形。计算结果表明:在相同工况下,三类锚绳相比,连接锚绳受力最大,锚碇锚绳受力次之,网格锚绳受力最小;各种工况下,三类锚绳的受力随流速、波高的增加有不同程度的增加,随周期的增加有一定程度的减小;浮架中心点水平方向运动幅度总体表现为随流速的增加有一定程度的增加,竖直方向运动幅度总体表现为随流速的增加略有减小,浮架中心点水平、竖直方向运动幅度随波高、周期的增加均有一定程度的增加;浮架倾角随流速的变化不明显,随波高的增加有一定程度的增加,随周期的增加有一定程度的减小;网衣体积损失率总体上表现为随流速的增加有一定程度的增加,波高、周期变化对网衣变形影响较小。     

波流作用下双体组合式网箱水动力特性研究

运用刚体运动学原理及集中质量方法,建立了双体组合式网箱浮架、网衣、锚绳及浮子的受力运动方程数学模型,利用物理模型试验对数学模型进行了验证.结果表明,所建立的数学模型具有较好的可靠性及准确性.在此基础上运用数学模型,计算了在不同波流工况下,双体组合式网箱的锚绳受力、浮架运动及网衣变形.计算结果表明:在相同工况下,三类锚绳相比,连接锚绳受力最大,锚碇锚绳受力次之,网格锚绳受力最小;各种工况下,三类锚绳的受力随流速、波高的增加有不同程度的增加,随周期的增加有一定程度的减小;浮架中心点水平方向运动幅度总体表现为随流速的增加有一定程度的增加,竖直方向运动幅度总体表现为随流速的增加略有减小,浮架中心点水平、竖直方向运动幅度随波高、周期的增加均有一定程度的增加;浮架倾角随流速的变化不明显,随波高的增加有一定程度的增加,随周期的增加有一定程度的减小;网衣体积损失率总体上表现为随流速的增加有一定程度的增加,波高、周期变化对网衣变形影响较小.     

基于水动力模拟的湿地阻水围堤围埝判定——以白洋淀为例

为识别并拆除影响较大的围堤围埝,以利于湿地恢复,本文提出了包括4个步骤的湿地关键阻水围堤围埝的判定方法,首先利用水动力模型模拟结果提取流线分布图;然后计算流线分布密度、均匀度、平均蜿蜒度指标;接下来初步判定关键阻水围堤围埝;最后利用地形、土地利用校核判定结果,确定关键阻水围堤围埝。以白洋淀为例,进行淀区关键阻水围堤围埝的判定,并模拟了围堤围埝拆除后淀区水动力的变化情况。结果表明,淀区内存在8处关键阻水围堤围埝,总面积约9.93 km²。关键阻水围堤围埝拆除后,流线丰富且分布更均匀,水面面积占比由90.42%增加到94.70%,滞水区面积占比降低约4.20%。     

年平均风场作用下大亚湾水交换的数值模拟

对大亚湾2006年和2007年的风场资料进行分析,数值模拟年平均风场作用下大亚湾的余流场,采用保守物质输运扩散法研究大亚湾的水交换能力.把大亚湾分成7个子区域,计算整个海湾和各子区域的水体更新时间,比较了各子区域水交换能力的强弱.大亚湾水交换能力总体为:南部优于北部,东部优于西部;年平均风场大大加速了大亚湾的水交换速率,全湾平均水体更新时间由仅考虑潮流作用时的82.5 d降低为26.0 d;风场作用下的表、底层环流差异较大,表层水交换能力略高于底层.     

大体积铁尾矿粉混凝土水化热试验研究及数值模拟

为了研究铁尾矿粉作为掺合料对大体积混凝土水化热的影响,对比研究了铁尾矿粉-水泥复合胶凝材料（MITC）、粉煤灰-水泥复合胶凝材料（MFAC）的水化放热特点。制作了C40强度等级,边长为1 100 mm的大体积铁尾矿粉混凝土（ITPC）以及粉煤灰混凝土（FAC）立方体试块,每一试块内部埋设15个温度传感器,对不同龄期混凝土温度变化进行了试验研究。并通过ANSYS软件模拟了试验试块的温度场。研究结果表明粉煤灰对复合胶凝材料水化放热速率及峰值出现时间的延缓效果优于铁尾矿粉,但大体积ITPC与FAC的温升峰值分别为61.9℃、63℃;中层降温速率分别为0.46℃/h,0.51℃/h;最大里表温差分别为18.5℃,20.4℃,大体积FAC的温升峰值、中层降温速率、最大里表温差均高于大体积铁尾矿粉混凝土。从对大体积混凝土温度降低效果来看,铁尾矿粉优于粉煤灰。ANSYS软件数值模拟结果与试验实测结果吻合良好,ITPC试块与FAC试块中心点相对误差分别为0.65%,1.43%。可以较好的模拟出大体积ITPC内部的温度变化,为实际工程的现场施工及温控措施提供指导。     

Mike 21在垃圾发电厂温排水数值模拟中的应用

以长江常熟段为例,基于Mike 21水动力模型,模拟了3种不同水文情况下常熟垃圾发电厂温水团的运移扩散过程。根据模拟结果可对电厂温排水的影响范围和程度作出定量预测,发现Mike 21应用于温排水数字模拟是可行的。     

气泡浮力羽流动力特性三维数值模拟研究

【目的】研究曝气池中气泡浮力羽流的动力特性,为提高深层曝气方式的污水处理效率提供依据。【方法】分别采用欧拉双流体模型和混合模型结合标准κ-ε紊流模型,对气泡浮力羽流进行数值模拟,讨论了这2种模型计算流场的精确性和边界条件的适应性,并使用压力隐式算子分裂PISO(Pressure-Implicit with splitting of operators)算法进行了速度与压力耦合求解。【结果】通过模拟得到了气泡羽流的瞬时性及其尾部的摆动规律等流动特性,模拟的速度矢量沿水深方向呈增加趋势,但表现并不稳定,在上部区域气泡羽流出现了摆动,而在下部区域气泡羽流的摆动不明显,但这一部分的速度相对较大。【结论】欧拉双流体模型结合标准κ-ε紊流模型模拟气泡浮力羽流动力特性优于混合模型。