不同推移质输沙模型在溃坝洪水模拟中的对比分析

溃坝洪水模拟分析中,溃口的侵蚀过程对溃口展宽和洪峰流量有直接影响,决定溃坝洪水模拟的准确性.在对圆弧滑裂面溃口展宽模型简化的基础上,将16组推移质输沙方程换算为侵蚀率,发现基于经验输沙方程的"侵蚀率—剪应力"均呈指数形式.结合唐家山堰塞湖溃决过程,对比多组经验输沙方程和指数形式的侵蚀率模型对溃坝洪水分析的影响,结果表明,采用Einstein-Brown(1950)输沙方程和指数模型中a=5,b=1.3时,模拟结果与实测资料较为相符,验证了指数模型的可行性,并通过参数率定指数模型可替代经验输沙模型.但指数模型中b值对计算结果极为敏感,甚至会导致计算不收敛,因此基于土石料最大可能冲刷率的概念提出双曲线模型,解决了这一问题,对准确模拟土石坝和堰塞坝的溃决提供一定的参考.     

使用反问题和遗传算法监测高炉炉底热侵蚀

把确定高炉炉缸炉底热侵蚀边界归结为稳态热传导方程的反问题,并转化为极小化在若干测温点处由设定侵蚀边界对应的偏微分方程边值问题求得的温度与实测温度之间误差的优化问题.使用经代数交叉、动态变异改进的实数编码的遗传算法,成功实现优化计算.采用模拟数据与真实数据进行的数值试验均表明:计算结果精确可靠,抗干扰性强.     

多区域耦合分布参数系统辨识与应用

根据北极雪、冰及海水各层温度变化特征,建立多区域温度场耦合热力学系统及各区域热力学参数辨识模型.利用区域分解法论述了北极雪、冰及海水各子区域温度场耦合热力学系统弱解的存在性、关于热力学参数的依赖性及可辨识性.构造优化算法,根据实测温度数据计算了北极雪、冰及海水各区域的热力学参数,得到北极雪、冰、海水各层温度分布的数值计算结果,并同实测结果进行了对比,表明了该算法的有效性.     

基于改进有限容积法的数群平衡方程数值方法研究

采用改进有限容积法对数群平衡方程进行数值计算,数群平衡方程涉及生长、团聚过程。对数群平衡方程进行数学变换,即把数量守恒方程变换为质量守恒方程,用非均匀几何网格对计算区域进行离散,运用有限容积法对变换后的方程进行离散求解,把数值计算结果与分析解和直接用有限容积法计算数群平衡方程的数值结果进行对比。研究结果表明:只考虑生长事件,改进有限容积法计算结果与分析解基本一致,有限容积法计算结果出现了显著的失真;只考虑团聚事件,2种方法计算结果都与分析解基本一致;同时考虑生长和团聚事件,改进有限容积法计算结果与分析解基本一致,有限容积法计算结果与分析解对比出现了失真。     

下击暴流下立方体建筑物表面风压数值模拟

为研究不同湍流模型和壁面处理方法的组合对立方体建筑物在下击暴流风场中的风压系数模拟结果的影响,基于冲击射流模型建立下击暴流计算域,通过物理试验结果对模拟结果进行验证与对比分析.采用两种不同的网格划分方案,满足ANSYS-Fluent中对于不同壁面处理方法的壁面Y+值的要求.研究结果表明:在选用增强壁面处理情况下,剪切应力运输(SST)k-ω湍流模型在迎风面和背风面与试验结果符合较好,但是屋盖的模拟结果与试验结果相差较大;当选用标准壁面函数时,雷诺应力模型(RSM)展现出了与试验结果较符合的建筑物中线风压系数曲线.当模拟立方体建筑物在下击暴流风场中的表面风压时,相比其他湍流模型和壁面处理方法的组合,RSM湍流模型和标准壁面函数可以得到更好的数值模拟结果.     

海洋环境中考虑温湿传导耦合的氯离子渗透模型

针对海洋环境中混凝土构件遭受氯离子侵蚀过程的复杂性!完善考虑温湿传导耦合的氯离子渗透模型。该模型的控制方程以及各项参数均充分体现了侵蚀过程中热量传导、水分扩散以及氯离子渗透的交互影响，并根据与侵蚀性海水的接触程度不同区分了四种温湿一氯 离子表面浓度的边界条件，提出了一套依据区域宏观环境信息确定局部微环境的方法，从而实现了对该过程的多参数仿真模拟。通过试验实测数据对模型进行了验证，对比模型分析结果与试验数据发现两者吻合度很高，并证实了处于潮汐影响区的混凝土是遭受氯离子侵蚀最显 著的部位。     

无结构网格二维潮流模型的开发及应用

基于无结构网格的半隐海洋环流模型——“类UnTrim (unstructured grid version of trim)模型”开发了一个二维潮流数学模型.模型在平面上采用无结构三角网格,并采用二维浅水方程作为控制方程.利用水槽试验对模型的潮流模拟和干湿判别进行了验证,验证结果显示模型是稳定可靠的.将模型用于长江口的水动力过程模拟,并利用实测水文资料对模型进行了率定和验证计算.结果表明,模拟结果与实际情况一致.     

移动坐标下采空区流场及遗煤瓦斯浓度场分布

为揭示"U"型通风方式下采空区流场及遗煤瓦斯体积浓度场分布规律,采用数值模拟与现场实测对比验证的方法进行研究,利用UDF接口将工作面推进过程添加到CFD计算模型中,建立基于移动坐标下的采空区遗煤瓦斯渗流计算模型,将数值模拟结果与平顶山煤业(集团)公司十矿"U"型通风下20130综采工作面瓦斯涌出实测结果进行对比分析.研究结果表明:工作面推进速度越快、工作面进风巷风速越小,采空区瓦斯体积浓度和回风巷瓦斯体积浓度越高,数值模拟结果与现场实测结果相一致,验证了数值模拟结果能够真实反映实际现场情况.     

建筑火灾中基于大涡模拟的场区复合数值模型及其应用

结合大涡模拟技术,采用体积守恒压力修正的区域模型发展了一种新的火灾过程场区模拟程序.采用低Mach数近似下的三维可压缩Navier-Stokes方程,和有限差分法计算了滤波后的控制方程,对着火房间内的烟气运动过程进行有效的模拟.对一个模型多室建筑以及一个真实尺寸多室建筑内的火灾烟气运动过程进行数值模拟,并将模拟结果与实验数据进行对比.结果显示该方法能够较好地描述建筑火灾中的烟气运动规律.其模拟结果能够为建筑消防安全的性能化设计提供参考.     

信号交叉口改进延误模型及实测分析

【目的】为了给国内城市信号交叉口规划设计和服务评价提供科学依据,研究城市交叉口延误模型。【方法】对比Australian延误模型和Canadian延误模型,提出改进的延误模型,再采用牌照法,对饱和度接近1的道路交通延误进行实测,并把实测结果与3个模型进行对比。【结果】改进的延误模型在饱和度较低和较高的情况下,与Australian延误模型和Canadian模型的模拟数据很接近;在饱和度接近1时,改进的延误模型与实测结果能较好吻合;改进模型与Brilon和Wu的马尔科夫链方法比较,形式简单,计算简便,可操作性好。【结论】改进的模型适合用于平面混合低速的城市交叉口道路延误分析。     

风雪流临界起动风速的研究

雪粒的起动以及临界起动风速是研究风雪流的形成过程中需要关注的首要问题.通过对雪粒的受力机制及其起动条件进行分析,建立了雪粒在平稳风场下的起动模型;研究了雪粒的临界起动风速以及临界起动风速与雪粒粒径、积雪时间和雪表温度的关系.结果表明,临界起动摩阻风速随着雪粒粒径的增大而增大;对于稳定的雪表温度,雪粒的起动摩阻风速在1000 s内是随时间而增加的,最终达到一个稳定值.起动摩阻风速随雪表温度的增大而增大,当雪表温度大于263 K时,其对临界起动摩阻风速影响很大;当雪表温度小于263 K时,其对临界起动摩阻风速影响相对较小.     

风吹雪跃移运动的稳态数值模型

给出了定常充分发展流场中风、雪粒相互耦合的运动方程 ,并用简化的雪粒 床面碰撞过程求解了方程 .计算结果表明 ,跃移雪粒对贴地风速有重要影响 ,Magnus效应对贴地风速、雪粒跃移轨迹也有显著影响     

高速公路路堑风雪流灾害预测模型与应用

山区高速公路在风雪天气极易出现风雪流灾害,造成雪阻路断,影响正常通行。复杂的地形和路基断面往往是引导风雪流流向和雪粒沉积的关键因素,尤其路堑形式下,路面积雪更为严重。本文针对全路堑、迎风半路堑和背风半路堑三种路堑形式,对风雪流流场进行了数值模拟,分析流场的分布规律和雪害致灾机理。选定路面积雪范围为目标函数, 以山体相对高度、路基与山体横向距离、路堑深度、路堑坡度及风速为主要影响因素,对大量案例进行了正交试验和回归分析,获得了路堑积雪的预测模型。该模型经过了显著性检验,可反应各因素对路面积雪影响程度的大小, 并能体现各因素对路面积雪的耦合作用。最后,结合具体工程实例,对所建立的模型进行了应用与验证分析,发现预测模型与数值模拟结果误差不超过5%,验证了模型的有效性和实用性。     

考虑积雪休止角的屋面积雪漂移数值模拟方法

根据风雪运动机理和屋面积雪特点,提出一种考虑积雪休止角的屋面风致积雪漂移数值模拟方法.应用此方法对一平屋盖屋面积雪重分布进行了模拟,随后分析了考虑休止角与否对屋盖雪面附近流场特性的影响,并将数值模拟结果与风洞试验结果进行了对比.结果显示,数值模拟结果与试验数据吻合较好.     

CALPUFF在复杂地形条件下的近场大气扩散模拟研究

利用在湖南省丘陵河谷地区开展的高时空分辨率大气扩散综合实验资料, 研究美国国家环保局(USEPA)推荐的导则模式CALPUFF (California Puff Model)在复杂地形条件下近场应用的适用性。采用不同时间分辨率的诊断风场和不同扩散参数计算方案, 模拟不同气象条件下的近场地面浓度分布。通过与示踪实验实测采样浓度对比分析, 得到: 采用实测湍流廓线资料计算扩散参数能够较好地模拟近场浓度分布; 将实测湍流速度标准差与稳定度参数的拟合关系替代CALPUFF默认的湍流参数化方案, 能够改进默认相似性理论方案的模拟结果; 风速较大、风向稳定时, 模拟结果对风场的时间分辨率和扩散参数计算方案的敏感性较弱; 风速较小、风向多变时, 需采用逐10 min风场模拟地面浓度场分布, 且实测湍流方案模拟结果相较于相似性理论方案模拟值偏大, 并更接近实测值。总之, 采用逐时风场和实测湍流方案, 或逐10 min风场和修正后的相似性理论方案的CALPUFF模式能较好地模拟研究区域复杂地形的近场峰值浓度。     

稠油输送管道90°弯管的冲蚀模拟分析

为了研究重质稠油内砂粒对弯管的冲蚀作用,以90°弯管为研究对象,运用计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）软件建立液固耦合的离散相冲蚀模型（discrete phase model,DPM）,利用SIMPLEC算法计算得到不同温度、砂粒粒径及质量流率下重质稠油输送管道弯管处冲蚀速率的变化规律。结果表明,同一流动状态下,随着温度升高,重质稠油的黏度及90°弯管的冲蚀速率皆呈指数递减趋势,最大冲蚀点出现在弯管90°方向线与侧壁面中线交点处;湍流流态下,90°弯管的冲蚀速率随砂粒粒径的增大而减小,稠油的黏性力对大粒径砂粒的束缚作用明显,冲蚀速率较低;湍流流态下,冲蚀速率随砂粒质量流率增加而增大,近壁面处砂粒与稠油间形成的黏性微团层对质量流率增加所引起的冲蚀具有一定缓解作用。     

首都国际机场3号航站楼屋面雪荷载分布研究

采用两相流理论模拟风荷载雪漂作用,认为空气相和雪相的关系为单向耦合,雪在风(空气相)的作用下发生漂移.对通用计算流体动力学软件FLUENT进行了二次开发,计算了在风作用下积雪发生迁移后屋盖表面的雪压分布,并对雪荷载改变量以及雪压分布的规律进行了分析,为结构设计提供了依据.     

内陆核电厂冷却塔对大气扩散影响的CFD模拟

 风场的时空变化和大气湍流特征是影响局地大气污染物迁移、扩散的重要因子。本文以某内陆核电厂址为背景,针对内陆核电厂址气象及地形条件的复杂性,选用三维计算流体动力学(CFD)模型Fluidyn-PANACHE,模拟气载放射性颗粒¹³⁷Cs、气溶胶¹³¹I和常规气态污染物CO在大气中的三维风场及浓度场分布情况。该方法可合理模拟内陆核电厂大型冷却塔等建筑物周围的湍流和绕流,弥补了标准高斯模型精细化程度不足的缺陷。此外,该方法也突破了常规CFD模型很难在一次计算中进行多风向模拟的局限性。计算获得的正常工况下年均大气扩散因子能反映出该厂址大气扩散的季节性差异,即秋季的平均大气扩散因子最大,因此,可考虑将换料大修等非运行工况安排在秋季进行,以降低污染强度。研究获得的年均大气扩散模拟结果与高斯混合排放模式推荐的厂址扩散参数较为一致,典型固定风向的模拟结果与风洞物理模拟结果符合较好,可为中国内陆核电厂址大气扩散研究和评价提供参考。     

兰州东部地区冬季风场温度场模拟

采用地形追随坐标系下具有 1.5阶精度的三维准静力模式 ,模拟兰州东部地区的风场和温度场 .模式以地转风资料和系留资料为初始输入 ,根据简化的湍流能量闭合方案进行参数化处理 ,运用地表能量平衡方程预报地表温度 ,考虑了地形影响和人工热源作用 .模拟结果与实际观测资料进行对比 ,位温廓线和风速廓线与实际的变化趋势基本一致 ,模拟的地面流场和垂直温度场基本反映出本地区冬季的流场及温度场特征 .模式技巧的统计检验表明该模式的模拟效果较好 .     

螺旋桨初生空化湍流的多相流数值模拟

摘要：
同时采用修正剪切应力输运(SST)湍流模型和Baseline雷诺应力模型（RSM）求取了E779A螺旋桨在无空化状态和初生空化状态下的梢涡运动轨迹,分析了涡核最小压力系数、湍动能、轴向速度分量和涡核半径沿运动轨迹的变化,并从模拟得到的梢涡卷曲起始和梢涡涡束的角度阐述了梢涡形成机理.空化模型采用改进Sauer模型,考虑了非凝结性气核质量分数、体积分数和气泡初始半径以及湍流脉动的影响,并针对轻度、中度和重度空化面积进行了可信性校验.当空化数σ>初生空化数σi时,叶梢截面压力系数分布相对不再改变的判定准则来确定.涡核中心位于螺旋线垂向截面上最小压力点,涡核边界由湍流涡频率峰值决定.数值模拟结果表明,RSM模拟梢涡路径较修正SST湍流模型稍长、局部梢涡空化范围略大、叶梢最小压力系数和轴向速度分量要小,涡核湍动能分布更为合理.但两者模拟得到的涡核运动轨迹几乎重合,并且初生空化状态下的涡核运动轨迹、最小压力系数和轴向速度分布均与各自无空化状态下非常接近,表明了初生空化状态判定的正确性和改进数值模型对梢涡运动轨迹模拟的适用性.