CIP法在模拟大变形自由表面流问题中的应用

为探索能够精确模拟大变形自由表面流(如波浪破碎)问题的数值模拟方法,采用CIP(constrained interpolation profile Scheme)法建立了自由表面流数值计算模型;并以干床面、湿床面上的溃坝溢流为例,研究了CIP法在模拟具有大自由界面变形的气-液二相流问题中的应用。研究结果表明,通过采用CIP法对Navier-Stokes流体运动方程中对流项进行离散求解;对溃坝溢流问题的自由表面形态及压力分布均能给出良好的模拟结果。证明CIP法在对波浪破碎等大自由表面问题的模拟中具有较好的应用前景。     

快滤池进水渠道内堰板的正交试验与优化设计

为了提高快滤池的利用率和生产效率,提出在快滤池进水渠道内添加堰板的方案.以镇江金西自来水厂为例,采用拟水平方法设计L9(34)正交表,选取了堰板距进水渠道前端面的距离、高度和宽度因素,每个因素取3水平,设计了9种堰板.然后采用CFX中的均相流自由表面模型和基于SST模型的k-ω方程的数值模拟方法,对渡槽、过渡段和快滤池进水渠道内的自由表面流动进行了数值模拟.以各虑池流量均布为优化目标,确定最优方案并进行现场改造试验.试验结果证明:1号滤池的流量提高了16.5%,各池流量较均匀分布,最高差异为1.4%.均相流自由表面模型为自来水厂等水利工程提供新型的优化设计方法.     

水砂混相流运动的CIP-DEM耦合数值模型

为建立精确模拟水砂混合流(如:挟砂溃坝溢流)问题的数值计算方法,提出了模拟固液混相流运动的垂向二维CIPDEM法耦合数值计算模型。模型采用CIP(constrained interpolation profile scheme)法求解描述水体运动的Navier-Stokes流体运动方程,采用DEM(discrete element method)法求解描述泥沙粒子团运动的牛顿力学方程;并通过水砂间的相互作用关系将水-砂运动进行耦合。通过分别对溃坝溢流和砂体下落的单相体运动进行数值模拟并与前人的实验结果进行对比,验证了CIP法流体计算模型和DEM法砂体计算模型妥当。在此基础上,采用所建立的CIP-DEM水砂耦合数值计算模型对干床面上的挟砂溃坝溢流问题进行了数值模拟,计算得出的挟砂溃坝溢流中的水、砂运动形态和运动过程与Zhang(2009)等的实验结果吻合良好,表明提出的CIP-DEM耦合模型在对具有大自由表面变形的水砂运动问题的模拟中具有较好的适用性。     

试论单出水口蓄水池的三维数值模拟

运用基本控制方程及边界条件,对不规则蓄水池在不同工况下的水流流场进行了三维数值模拟,得出了不同流量下流场中不同点沿水深方向的流速分布,并将数值计算结果与物理模型实验结果作了比较,发现两者比较吻合。实验结果表明：FLUENT软件模拟不规则蓄水池水流流场是基本可行的。     

带自由面三维船体周围粘性流场的数值模拟

采用有限体积法通过求解不可压缩的雷诺平均(RANS)方程,数值模拟了包括兴波的三维船体周围的粘性流场,湍流模式使用了子网络尺度模式(SGS)和Baldwin-Lomax模式相结合的混合模式.对于自由表面的处理,应用了任意拉格朗日-欧拉方法,网格采用了不仅与物体表面贴体,而且与自由表面贴体的动网络,即随着自由表面的变化要不断重新划分网格.虽然此方法需要很长的计算时间,但能较好地描述船体的兴波情况.计算了系列60船模在Fn=0.316,Re=1.9×106时带自由面的粘性流场,计算结果与试验结果吻合较好.     

含侧喷流炮射导弹绕流场数值计算

用数值模拟方法研究侧喷流对炮射导弹气动特性的影响.以三维N-S方程为出发方程,采用S-A湍流模型,对炮射导弹的绕流场进行了数值模拟研究,得到的气动特性结果与风洞实验结果基本吻合.在此基础上,对含侧喷流炮射导弹的绕流场进行数值计算.结果表明,侧喷流对导弹气动特性有较大影响.     

思林水电站土石围堰过水流场三维数值模拟

基于通用计算流体动力学软件Fluent,建立思林水电站土石围堰过水流场三维数值预测模型．采用可实现（realizable）κ-ε紊流模型封闭紊流时均N—S方程,围堰上自由水面变化采用VOF方法捕捉．对围堰原设计方案进行了计算模拟,并用试验数据进行验证．依据计算所得的详细流场信息,给出了围堰过水流场的流态和堰面紊动强度分布及大小,以及水跃的形态和发生位置．研究表明可靠的三维水动力数值模型可以做为试验研究的有力补充,有助于理解复杂的过水围堰三维流场以及冲刷发生的机理．     

弱可压缩移动粒子半隐式方法对溃坝溢流问题的数值模拟

无网格粒子法(拉格朗日法)是计算流体力学领域最新一代的计算方法。由于不需要生成网格,无网格粒子法能够模拟任意形状的界面及其变形和碎裂,尤其适用于计算如溃坝溢流及波浪破碎等具有复杂自由表面运动的流体力学问题。其中,光滑粒子流体动力学方法(SPH)和移动粒子半隐式法(MPS)是无网格计算方法的典型代表。采用基于MPS法的修正弱可压缩移动粒子半隐式法(weakly compressible corrected moving particle semi-implicit method)构建了用于求解自由表面流问题的数值计算模型,并用于模拟干床面与湿床面上的溃坝溢流问题。计算结果与实验结果的对比分析表明,采用基于WCCMPS无网格法建立的数值计算模型对干、湿床面上溃坝溢流的溢流形态、水柱高度以及波前速度等均给出了良好的计算结果。     

WC-CMPS法对溃坝溢流问题的数值模拟

无网格粒子法(拉格朗日法)是计算流体力学领域最新一代的计算方法,由于不需要生成网格,无网格粒子法能够模拟任意形状的界面及其变形和碎裂,尤其适用于计算如溃坝溢流及波浪破碎等具有复杂自由表面运动的流体力学问题。其中,光滑粒子流体动力学方法(SPH)和移动粒子半隐式法(MPS)是无网格计算方法的典型代表。本文采用基于MPS法的修正弱可压缩移动粒子半隐式(Weakly Compressible Corrected Moving Particle Semi-implicit Method)法构建了用于求解自由表面流问题的数值计算模型,并用于模拟干床面与湿床面上的溃坝溢流问题。计算结果与实验结果的对比分析表明,采用基于WC-CMPS无网格法建立的数值计算模型对干、湿床面上溃坝溢流的溢流形态、水柱高度以及波前速度等均给出了良好的计算结果。     

轴对称回转体绕流场数值模拟

采用κ-ε方程湍流模型和有限体积法,对轴对称回转体绕流场和表面压力分布进行了数值模拟,并与有关文献给出的计算结果和实测值进行了比较和验证．结果表明,表面压力沿船长的分布与文献给出的计算结果趋势基本一致,而且在首尾两端的压力分布与实测结果更加接近,从而为下一步水滴型潜艇的流场计算和阻力预报提供了一种有效的计算方法。     

自然邻点插值方法在三维地质建模中的应用

为了增强三维地质模型的准确性,突出复杂地质体局部相关性较高的特点,避免传统插值方法中存在的计算复杂度高、多依赖人工经验等缺点,在建模过程中引入了自然邻点插值 (NNI)方法对三维离散数据进行插值.而现有的NNI方法无法直接应用于有限域的边界插值计算,成为该方法应用于三维地质建模的最大难点问题.依据Voronoi cells和Delaunay triangles的几何性质,采用non-Sibsonian (Laplace)插值方法构造形函数,详细证明了NNI方法在边界处的连续性,实现了边界插值且降低了其计算复杂度,解决了此难点问题.通过构建城市地质模型实例,验证了该方法的正确性和有效性.     

炸药地面接触爆炸下土中感生地冲击的实用计算方法

为了分析炸药地面接触爆炸下空气冲击波引起的感生地冲击,利用数值模拟结果以及试验数据,对根据一维平面波理论和特征线解法得到的空气冲击波为突加三角形荷载的感生地冲击的理论计算公式进行修正,提出了炸药地面接触爆炸下土中感生地冲击的实用计算方法,分析了炸药地面接触爆炸下土中感生地冲击的传播规律以及本文建立的实用计算公式的特点。与试验数据以及数值模拟结果对比表明,提出的计算方法基本反映了炸药地面接触爆炸下土中感生地冲击的传播特性。     

基于网络计划法的战场工程保障兵力分配模型

为解决战场工程保障时效性和兵力不足等难点,提出了一种兵力分配的建模方法,目的在于提供计算机兵力生成的算法基础.即采用网络计划分析方法,描述战场工程保障作业项目及其特征要求,确立兵力流在网络中的平衡与约束准则,据此构建基于"时间-兵力-闲置"优化的兵力分配模型;挖掘工程保障作业工序兵力需求呈现的"区间数""关键线路"的时间约束特征,给出了一种求解模型的网络迭代算法.该模型反映了战场工程保障任务的动态化特征与深层逻辑联系,是对工程保障多目标的控制与资源均衡优化.     

基于内容的卫星云图检索方法

为了有效地管理和利用大规模卫星云图数据库,需要为其增加检索功能,尤其是基于内容的检索.探讨了将基于内容的图像检索(CBIR)技术应用于卫星云图检索,选择使用了颜色、纹理和形状特征方法.颜色特征包括:灰度直方图和灰度聚合向量;纹理特征从小波子图提取,采用直方图拟合法和分块直方图拟合法;形状特征提取采用了新提出的一种专门针对云目标的"可变形模型"方法——圆形基元法.对每种特征定义了图像距离或者相似度,进行了检索比较实验.结果表明,CBIR用于卫星云图检索是可行的,形状特征方法因融入了领域知识而具有较突出的检索效果,但效率仍需提高.     

植被遥感在找水中的应用

为了快速、大范围、动态地查明浅层地下水的分布情况,降低传统地面找水工作的风险性和盲目性。从植被和浅层地下水关系入手,根据植被的指示作用,利用遥感技术对研究区域的植被覆盖度进行了定量提取,并综合考虑了地形、地貌和水文的影响,建立了找水远景区预测模型。从实地验证的结果来看,该方法所预测的结果与实际情况基本吻合,具有一定的可行性和实用性,对今后遥感找水工作有一定的参考价值。     

半刚性基层振动压实时的下承层动力响应分析

为判断半刚性基层振动压实能否造成下承层的早期破坏,对半刚性基层在移动—振动压实荷栽作用下的下承层动态应力响应进行分析.将振动压路机对压实层施加的作用力简化成周期性变化的矩形均布压力,采用移动—振动荷载模型模拟振动压路机在振动压实过程中对压实层施加的作用,并对该振动压实荷载利用APDL语言编制相应的分析程序,实现了在有限元模型上的施加与求解.采用三维有限元瞬态动力分析方法以及ANSYS有限元程序,计算、分析半刚性基层在振动压实作用下的下承层的动态应力响应,建立了一种振动压实荷载作用下的路面结构层动态应力响应分析方法.算例显示,在下基层施工后7d,振动压实上基层时下承层动态拉应力峰值接近下承层的极限抗拉强度,可能会出现产生早期破坏,从而表明在半刚性基层振动压实时进行施工荷载与施工时机控制是必要的. 振动荷载模型模拟振动压路机在振动压实过程中对压实层施加的作用,并对该振动压实荷载利用APDL语言编制相应的分析程序,实现了在有限元模型上的施加与求解.采用三维有限元瞬态动力分析方法以及ANSYS有限元程序,计算、分析半刚性基层在振动压实作用下的下承层的动态应力响应,建立了一种振动压实荷载作用下的路面结构层动态应力响应分 方法.算例显示,在下基层施工后7d,振动压实上基层时下承层动态拉应力峰值接近下承层的极限抗拉强度,可能会出现产生早期破坏,从而表明在半刚性基层振动压实时进行施工荷载与施工时机控制是必要的. 振动荷载模型模拟振动压路机在振动压实过程中对压实层施加的作用,并对该振动压实荷载利用APDL语言编制相应的分析程序,实现了在有限元模型上的     

高水平压力作用下洞室围岩变形与破坏

为揭示高轴向水平压力作用下洞室围岩变形与破坏规律,研究了模型介质断裂形态,指出模型裂缝存在剪切和拉伸两种形式;采用锯齿形岩石模型和极限应变破坏准则,推导了洞室围岩的应力场,定量分析了试验结果;通过与试验对比,证明了解析的正确性。研究表明,在高轴向水平压力作用下,洞周介质会产生间隔的拉伸裂缝,形成分层断裂现象。拉伸裂缝的几何形状逐渐趋于圆形,每形成一道拉伸断裂,模型等效于形成一个受支护作用的洞室,随着等效洞室半径的增大,其受到的支护力迅速增大,使得分层断裂现象局限在一定范围内。可为深部防护工程设计提供参考。     

非核电磁脉冲在坑道中的传播

为了研究非核电磁脉冲在坑道中的传播规律,基于旋转对称时域有限差分法建立了圆形截面坑道的数值分析模型,以圆波导中TE01模、TE11模和TM01模作为激励模式,计算了不同载频的高功率微波和不同脉宽的超宽带电磁脉冲的衰减。结果表明:非核电磁脉冲随着传播距离的增加,衰减基本上是线性变化的,但在传播过程中,载频较高的高功率微波衰减上下起伏比较明显;高功率微波的载频越高,超宽带电磁脉冲的脉宽越窄,波的衰减量越小;TM01模激励较之TE01模和TE11模激励时脉冲的衰减要大。对数值计算结果和试验数据进行了比较,二者吻合较好。     

Volterra模型参数灰色辨识的变步长Simpson数值积分法

针对观测数据的非等间隔性及波动性严重影响参数辨识精度问题,基于拉格朗日插值公式,推导出了变步长Simpson数值积分公式,并结合灰色系统理论,提出了一种模型参数灰色辨识的改进方法.用此方法对Volterra模型中的参数进行了辨识仿真,与以往的曲线拟合方法进行了对比分析,并简要分析了模型的初值问题.计算研究表明,基于变步长Simpson数值积分公式的灰色辨识方法在处理非等时间间隔以及数据波动性较大的参数辨识问题时稳定性较好,可满足高精度辨识模型参数的要求.     

支持向量机方法反演温湿廓线

为提高温湿廓线反演效率,提出了一种基于支持向量机(SVM)反演大气温湿廓线的方法。利用欧洲中期天气预报中心(ECMW F)的RTTOV-8-7前向辐射传输模式和60L-SD廓线集生成了AM SU模拟亮温资料,对模拟亮温资料进行温湿廓线反演试验。试验发现:相对于多元统计回归反演方法,地面至10 hPa层次温度反演平均均方根误差减少了11.5%,温度反演误差分布与权重函数峰值能量高度层分布的密集区域基本一致;水汽反演优于统计反演方法较多,在地面,SVM水汽反演误差减少了39.9%。反演实验说明,SVM可以较好地描写温湿廓线反演中非线性映射关系。分别比较模拟亮温中加入1、2、3倍噪声的情况,发现该方法反演温湿廓线均具有较好的抗噪声作用。