电测深曲线三维正演数值模拟

本文阐述了用有限差分方法模拟计算三维电测深曲线的原理,提出了可以节约内存,提高运算速度的剖分网格,差分格式和超松弛迭代数值解的计算方法 简化了电测深曲线三维数值模拟的问题,并且有效地控制了模拟计算精度。     

三维油藏流动电位数值模拟及油水前缘预测

根据流动电位产生的基本原理,建立三维油水两相流动条件下电场和渗流场的耦合数值模型并采用有限差分方法进行求解;以四分之一"五点法"井网为对象,模拟计算一注一采生产过程中井底的电位变化。结果表明:油水前缘的位置会出现电位的峰值,该峰值随注入水向生产井一侧移动,生产井底的电位会连续上升,当油水前缘距离生产井75 m时开始剧烈变化,因此对该效应的监测及分析能够实现油水前缘的远距离预测;注入水沿高渗透层的快速前进会引起电位异常,使高渗透层比低渗透层要高出5~15 mV,通过对该信号的强弱和随时间的变化规律的分析能够识别地层非均质性和注入水的不均匀推进,该方法具有成为新型动态监测手段的潜力。     

储罐静电电位的有限差分计算方法

研究了立式圆筒形石油储罐内静电电位的有限差分数值计算方法。将接地金属储罐内的静电场等效为二维轴对称场,从静电场边值问题出发,建立了数学模型,推导了有限差分数值模型,得出超松弛迭代格式的有限差分公式。通过计算储罐中静电电位的分布考验了算法。     

孔内多点源直流电阻率三维正演研究

为验证孔内多点源地面三维观测方法的有效性,通过孔内多点源地表电位场理论公式推导、有限差分数值计算研究了多种地电模型的地表响应.结果表明,钻孔内多点源直流电阻率三维观测思路可行,能够很好地识别地下异常体的平面位置及电阻率高低.可见在工程勘察中,可以在钻孔内布置多个点电源地表三维观测,判定钻孔附近地下岩土层结构及含水区分布情况,为钻孔周围的勘察空白区提供补充,丰富工程勘察资料.     

条形波导的三维标量FDTD法分析

发展了一种实用的对条形结构波导中光的传输特性进行模拟计算的三维标量时域有限差分(FDTD)数值计算方法,并对在电吸收调制器条形波导中的光场分布进行数值模拟计算,得到了在条形波导中光传输方向上不同横截面上的光场分布形式,这些光场分布是由波导中不同模式场叠加形成的,反映了波导中多模干涉的现象.数值模拟计算的结果与实验测试结果相一致,证明了这种三维标量FDTD法应用于条形光波导结构分析的有效性.此方法具有掌握容易,计算分析简便等优点,适用于条形结构波导的设计、模拟和特性分析.     

基于格点型有限体积法的直流电测深2.5维正演模拟

采用格点型有限体积法,建立直流电测深2.5维正演模拟算法。首先,从点电源电位所满足的边值问题出发,导出格点型有限体积法控制方程的离散表达式,对边界条件近似处理后求解线性方程组即得离散电位数值解。其次,通过模拟计算均匀半空间模型和一维层状介质模型,与解析法计算结果对比,验证格点型有限体积正演算法的正确性和稳定性。分别采用本文建立的直流电测深2.5维正演模拟算法、Res2dmod开源软件构建的有限差分算法对典型二维地电模型进行正演模拟,得到2种算法的视电阻率拟断面图。研究结果表明：直流电测深2.5维正演模拟算法在一维求解域内的计算结果与解析解之间的相对误差小于2%,满足数值计算精度要求;该算法能定性判断异常体电阻率与围岩电阻率相对大小和异常体的空间展布,与经过验证的成熟软件Res2dmod相比较,电阻率数值解的绝对误差不超过3.4Ω·m,证明该算法能正确分析直流电测深2.5维异常响应规律,可为实测数据的定性解释提供指导。     

井中磁源瞬变电磁三维时域有限差分数值模拟

应用时域有限差分法,采用显式差分方程,选取磁偶极子源作为初始条件和不同阶Mur吸收边界条件,对包含低阻异常体的均质全空间中磁偶源产生的瞬态场进行三维数值模拟,模拟计算井中磁源瞬变电磁场传播以及井旁三维低阻异常体的响应情况,简要分析特征规律.研究结果表明:时域差分法可在一定条件下保证正演模拟的精度和效果;场源激发条件和异常体情况不同,响应特征差异较大.     

弹性介质Hamilton正则方程与声波方程辛几何算法

建立弹性介质的Hamilton正则方程,把声波介质视为特殊的弹性介质,由弹性介质Hamilton方程导出声波介质地震波方程,对声波方程Hamilton化后给出其蛙跳格式的辛差分算法。将声波方程辛算法应用于二维情况下的地震波场正演数值模拟计算,并与常规的有限差分算法进行比较。结果表明,在地震波场正演数值模拟计算中辛几何算法比常规有限差分算法更具优越性。     

基于有限差分方法的水中爆炸三维数值模拟

针对水中爆炸的三维数值模拟问题,采用基于有限差分的拉格朗日与欧拉相结合的方法,在矩形网格上离散差分基本方程组;在欧拉步中引入模糊方法处理界面,计算各输运量;编写了数值模拟程序,进行了炸药在水中爆炸的三维数值模拟.爆炸场中考虑了有刚性障碍物及有反射有限边界计算域.结果表明,模拟结果与实际情况基本吻合,特别是冲击波在水中传播的模拟效果较好,证明所采用的三维数值模拟方法是有效和可行的.     

三维扩散方程非正交六面体网格的有限体积差分法

三维扩散方程非正交网格的差分方法是计算流体力学和数值热传导中一个基础性的课题。该文在二维扩散方程的有限体积差分方法的基础上,研究了在非正交六面体网格下三维扩散方程的有限体积差分方法,提出了一个计算精度很高、通量守恒且适应大变形网格的有限体积差分格式。取单元中心作为计算节点,减小了计算量;利用通量守恒条件确定界面中心的函数值,保证方法的守恒性;对网格点采用了Lagrange因子插值法,考虑了各插值点的相对位置,因此更适应非正交网格的计算;采用不完全三角分解预处理Bi-CGSTAB方法求解线性代数方程组。不同Z网格上的数值实验结果表明该算法是有效的。     

井中瞬变电磁全区视电阻率解释方法研究

针对井中瞬变电磁全区视电阻率定义求解和解释方法开展研究。依据均质全空间瞬变电磁场解析式计算不同采样时间或装置条件下感应电压响应,认识到响应值在电阻率取值范围的全区间或部分区间内保持单调性。根据"牛顿-下降"最优化原理,给出一种井中瞬变电磁全区视电阻率求解方法,通过均质全空间瞬变电磁场响应试算结果与介质真电阻率对比验证该方法的精度和适用性。建立典型径向及垂向分层地电介质模型,通过时域有限差分法模拟计算瞬态场感应电压响应,并进行全区视电阻率换算分析。结果表明:视电阻率是不同时刻电磁场作用范围内所有电性体的综合反映,由全时段视电阻率结果识别全空间介质的径向及垂向电性情况具有一定可行性,各时道的视电阻率值可作为推断地电结构等信息的依据。     

地磁感应地电场时频变换快速计算方法

随着我国特高压输电线路的建设,我国电网建设遭受地磁感应电流（geomagnetically induced current , GIC）影响的风险将大大增加。基于大地电阻模型利用有限元计算地磁扰动感应地电场（geomagnetic disturbance, GMD）地电场的方法,建模复杂,利用有限元法计算感应地电场成本过高。地磁测深数据得到的视电阻率综合反映了大地的电性结构,文中提出基于视电阻数据及地磁台实测数据直接计算GMD地磁感应地电场的方法。仿真实验表明,该方法可以极大缩短计算时间,减小计算成本,对我国电网应对地磁暴侵害提供了有效算法。计算结果表明地磁暴对各地地电场的影响不均匀,与当地的地质电性结构有很大的关系,同时南北走向的电网将产生更大的GIC,更易受到地磁暴的侵害,应作为主要的关注对象。     

三维力场、电磁场、温度场的综合物理场方程及应用

本文推广了Euler-Lagrange方程,提出了适用于非保守系统的普遍关系式——综合物理场方程,并通过相似和对偶理论把三维(包括二维)力场、电磁场和温度场三者很好地联系和统一起来,提出了综合的物理场理论与数值计算法。     

三角单元部分电导率分块连续变化点源二维电场有限元数值模拟

为了易于模拟地形和地电体,有限单元被设计为三角单元,考虑到实际中岩石,矿物的物性参数均是变化的,单元内电导率被设计为双线性变化,导出一种点源二维地电断面电位计算的有限元方法,该法首先给出沿走向方向进行傅氏变换后的电位的变分问题,然后用有限元方法进行数值计算,最后通过傅氏反变换 ,求得空间域电场。     

电接触合金材料导电率的三维有限元分析

提出了一种计算多相合金电导率的数值模拟方法，采用有限元技术模拟电流流过导体时具有分布特征的电流场，各单元的组分随机产生以模拟实现的合金，通过计算全部单元中的总损耗来确定合金材料的等效电导率，在建立标量电位分析三维电流场有限元分析模型的基础上，以CuCr和AgW等合金为例计算了不同组分时电接触合金材料的电导率，并探讨了气孔率对电导率的影响，给出了不同组分时的电流场分布，计算结果与标准值的比较证明了模型的有效性。     

锂离子电池内部温度场的相似准则推导与有限元验证

从三维非稳态导热微分方程出发,利用量纲分析法推导了锂离子电池内部温度场相似所应满足的相似准则,并确定了实物对象与模拟对象之间的温度场相似关系.利用ANSYS软件进行了单层结构和多层结构锂离子电池温度场的有限元建模与计算,验证了所建立相似准则和相似关系的正确性.     

用混合单元的棱边有限元法计算三维涡流问题

就三棱柱单元导出了棱边有限元法的１－形式线性插值基函数。以电场强度为求解变量，论述了在时谐涡流场导电区和非导电区交界面上若以电场强度切向分量连续作为强加条件，则磁场强度切向分量连续便是自然交界面条件的问题。最后用三棱柱、六面体的混合单元的棱边有限元法求解了一个三维涡流场的算例。     

基于广义等效介质激电模型的有限长源频率域一维正演

为研究广义等效介质激电模型(GEMTIP模型)中的极化参数对有限长导线源的频率域响应的影响规律,首先介绍了GEMTIP模型;然后将模型引入有限长导线源频率域测深一维正演中去;进而得到带激电信息的水平电场信号。重点研究了在层状介质条件下不同的极化参数对水平电场影响情况,通过分析发现体积占比对电场值的影响最大,在中高频处异常明显;其次是面积化系数,激电异常在低频处明显;相同极化参数对应的三层地电模型有如下规律:Q型模型的激电异常最大,反映极化层的能力最强,H型模型反映极化层的能力最差,A型和K型则位于两者之间。     

一种求解板材挤出模具流道中溶体流动的新方法

本文提出一种新方法一有限块法，来处理板材挤出模具流道中三维非牛顿溶体流动，它可把三维问题化为二维，比三维有限元法简便很多，既节省了计算机内存也缩短了计算时间，显示出该法在工程应用中有着很好前景．