山区河流平面二维水沙数学模型研究

根据泥沙交换原理，建立了河道非均匀沙悬移质水流挟沙力及推移质输沙率的计算模式，将非均匀沙推移质与床沙的交换形式概化为单向淤积、单向冲刷及淤粗冲细3种基本形式，并建立了每种交换形式下的非均匀沙推移质有效输沙率的计算公式．针对天然河道边界复杂及天然河道长宽尺寸一般相差悬殊的特点，本文采用正交贴体网格．在此基础上建立了正交曲线贴体坐标系下的平面二维全沙数学模型．采用有限体积法对拟合坐标系下的水沙基本控制方程进行了离散，在求解过程中采用了欠松弛技术和逐线迭代法．在北盘江坝油滩河道中对水位、水流流速以及河床冲淤等进行了验证计算及分析．数值实验表明，该模型能正确地模拟山区河流复杂的水流以及河床的冲刷、淤积过程。     

长江（江苏段）贴体二维正交网格的生成技术

网格化是水质水文模拟的基础。本文将河流动力学中的河势概念,引入到河道二维网格生成方法研究中。通过Hermit三次插值函数生成的网格控制曲线和研究河段的河势相拟合,生成长江（江苏段）河势贴体二维网格。     

曲线网格生成技术研究

在采用Ｐｏｉｓｓｏｎ方程进行曲线网格生成时,提出一种确定Ｐ,Ｑ孙数的新方法。该方法直接利用边界网格节点的分布信息来控制区域内部网格节点的分布,在数值模拟河道、湖泊等复杂边界中的二维流速场时,可快速获得与复杂边界正交良好的曲线网格系统,使基于该网格的流场计算精度明显提高。     

流域洪水演进实时高效可视化仿真方法

针对河道水流淹没区域识别困难的问题,提出了一种基于河势贴体网格的实时高效的流域水流演进可视化仿真方法.首先,将河势概念与贴体网格生成方法相结合,建立了河势贴体数字河道模型;其次,利用一维水动力学或水文模型计算的水位值,插值出数字河道模型断面水位值;然后,结合数字河道模型地形网格和河道断面水位值,搜索相邻河道断面淹没线并进行组合,形成一条完整的河道淹没线;再者,根据河道淹没线的拓扑关系,识别出淹没区域,进而实现对水体淹没状况的实时可视化仿真.最后,通过在三峡库区实例应用,初步证明了提出方法的科学性和实用性.     

二维浅水数值模拟的有限差分MADI法

在贴体平面二维正交曲线网格基础上,采用对交替方向隐式ADI法变量位置分布进行了改进的MADI法对二维水深平均的浅水方程进行差分离散求解,并将这一算法应用于长江南通河段的水流模拟.数值模拟计算结果和实测资料比较结果表明,该算法能较好地模拟复杂条件下天然河道涨潮、落潮水流归槽和流速分布过程.     

基于复杂柔性运动流场数值求解的动网格方案及应用

为解决在复杂柔性边界非定常变化的流场中高精度结构化网格的应用问题,提出一种二维贴体结构网格快速生成的动网格计算方案,基于代数法对流场边界进行贴体网格快速生成,根据边界的变化,随时间步快速生成新的高质量结构化网格.应用于类鱼体柔性推进流场的计算结果显示,所提出的方案在计算负荷、网格交叉、多时间步网格质量等方面性能良好,充分显示了结构化网格在网格生成速度、网格质量、计算精度、湍流模型适用性等方面的优势,为柔性运动的流场研究提供了新方案.     

高雷诺数流动模拟的LBM方法

针对贴体网格下广义形式的补充插值LBM方法 (generalized interpolation lattice Boltzmann method, GILBM),发展了一种当地时间步法,在改善高雷诺数下翼型绕流模拟中计算稳定性的同时,有效地提高了计算效率.另外,通过引入非平衡态外推边界处理,合理解决了LBGK模型中处理复杂边界困难的问题.对5.0×10~4Re5.0×10~6的NACA0012翼型绕流进行了数值模拟,并对算法的计算效率和稳定性进行分析,证明了发展方法的优越性.     

长江上游干支流交汇河段水流数学模型研究及应用

采用有限体积法,针对长江上游干支流交汇河段复杂的水流运动特点,采用贴体正交曲线坐标克服了干支流汇合处河道边界形状复杂的困难,建立了正交曲线坐标下的平面二维水流数学模型.以长江上游涪陵河段为例,进行了水面线、断面流速分布等的验证计算.验证结果与实际符合较好,表明该模型能准确模拟该河段水流运动规律,不仅可以用于该河段复杂水流运动规律的模拟,对其他类似河段数值模拟亦具有借鉴意义.     

正交曲线网格生成技术研究

采用Ｐｏｉｓｓｏｎ方程进行曲线网格生成时,如何确定合适的调节因子Ｐ,Ｑ函数是网格生成技术中一个重要的研究内容。提出一种新的构造Ｐ,Ｑ函数的方法,该方法直接利用边界网格节点的分布信息来控制区域内部网格节点的分布,生成的正交曲线网格令人满意,该方法在数值模拟河道,湖泊等一类复杂边界的二维流速场中有很大的实用价值。     

贴体坐标系下平面二维多连通域非恒定水流数学模型

从流场数值模拟的需要出发，用贴体坐标法研制了水域中含有岛屿，汊道等情况的非恒定水流数学模型，文中研讨了正交网格的生成方法，多连通域的网格生成方法，调节因子的合理确定以及贴体坐标系下水流运行基本方程的正确形式，模型验证表明，模型对狭长海湾和弯曲河道流场的模拟是十分有效的。     

Method of determining grid sizes of finite element method of water quality models for geometrically complex river course

The method of determining grid sizes of finite element method of water quality models is presented on the basis of characteristics of pollutant distributed in the just downstream grid of discharge. A given length of the grid is applied to calculate the minimum distance for the pollutant to complete mixing in the lateral direction n the just downstream grid of the discharge, and the minimum distance is regarded as the maximum width of the grid. Application of the maximum width of the grid and flow rate per unit width of the river results in the number of flow zones in the lateral direction of the river. Consequently division of grids and numerical calculation of water quality with finite clement method can be carried out on the basis of available method and topographic map of the river course. Analysis of scnsitivity shows that the effect of the width of the river and the effect of the length of the grids on the minimum number of flow zones in the lateral direction is relatively small, and that the effect of the given lateral mixing degree of the pollutants on the minimum number of flow zones is acceptable, which indicates that the method presented is relatively stable. The method can avoid thc blindness and randomness in determining the number of flow zones, and can decrease the amount of computation under the condition that the accuracy requirement is mct. The problem that determining the sizes of the grids must rely on empirical knowledge has bcen solved.     

边界拟合坐标法的应用：长江口南支非恒定流计算

为了既能精确地拟合不规则区域边界,又使有限差分的计算能在规则的网格上进行,在长江口南支河段非恒定流的平面二维数值模拟中,采用了近年来得到广泛注意的边界拟合坐标法,为了提高计算的稳定性,本文引用了二维人工粘性项和人工光滑的方法。计算结果与实测资料相当吻合。计算结果还表明,在同样的网格密度下,使用边界拟合坐标的差分计算的CPU仅比使用昔通网格的差分计算略有增加。所以,在二维水流计算中,这是一种值得推荐的方法。     

结构块域贴体坐标网格的数字生成

本文在单一矩形变换域巾体坐标网格生成方法的基础上，提出了结构块域贴体坐标网格数字生成方法，很好地解决了复杂几何形状，以及复杂拓扑结构的物理域变换问题，也为计算流体力学实施并行算法提供基础。     

湄洲湾潮流和污染物输运的高精度非结构网格模拟

针对湄洲湾不规整岸边界和复杂的潮流变化等特征,模型采用高精度的二维非结构网格浅水流模型对湾内潮流水动力进行模拟。基本方程离散和有限体积法思想,并利用改进的QUICK格式提高对流项计算精度,在扩散通量估算上引入具有良好数值性能的超松弛校正方法。不合理的压力波由Rhie-Chow的动量插值方法加以抑制,水位校正方程结合SIMPLEC程式导出。通过对湄洲湾小潮的水动力模拟,结果表明,潮位、流速、流向的实测值和计算值吻合良好。另外,模型还对海湾内肖厝峰尾和鲤鱼尾两处主要污水排放口的COD排放进行了计算,模拟结果较好地反应了湄洲湾内污染物输运特征,为更好地进行近海水污染控制提供有力的手段。     

基于适体坐标系的TCGMAW熔池行为数值模拟

为了解双丝共熔池气体保护焊的工艺机理,优化工艺参数,对其熔池流场数学模型进行了研究.在分析熔池表面变形的基础上,利用适体坐标变换将熔池表面变形后所形成的复杂物理边界转变为非正交适体坐标系下规则的计算边界,使坐标轴与计算区域的边界一致,从而建立适体坐标系下的离散化控制方程组,并对其能量和动量边界条件分别进行离散求解,进而建立了三维准稳态双丝气体保护焊接熔池流场的数值分析模型,最后采用SIMPLEC算法进行了数值模拟实验.结果表明,该方法较好地处理了熔池表面变形与流场和热场的耦合问题,使得模拟过程更加符合实际情况.     

公路建设项目水环境风险评价方法

基于某高速公路环境风险评价实例，对高速公路水环境风险评价方法进行了探讨。认为目前在公路交通危险品运输对地表河流的风险评价中，采用的风险概率计算模型应增加交通事故中的泄漏概率项；危险品的泄漏速率计算采用非稳态孔口出流计算方法比稳态孔口出流计算方法更符合客观实际。采用卷积分模型成功预测计算了危险品泄漏后河流中污染物浓度的分布。     

三维船体自由面贴体网格的数值生成

本文开发了一种用于任意船型的可讨论自由面对船体粘性流场影响的三维船体贴体网格的自动生成程序。文中所采用的三维船体贴体坐标系将不固定在随时间运动的自由表面上，以预估的最大波高来限制自由面网格的区域，通过内插或外插来满足自由面上的边界条件。该模块的特点是网格生成的计算量相当小，尤其能极方便地控制自由面在船面附近的网格密度以及船面附近的网格间距，以Ｓｅｒｉｅｓ６０船模作为计算算例，其网格生成的质量是相当     

渗流问题数值模拟计算的新方法

采用边界拟合坐标系，取渗流区域的边界为坐标线（二维问题）或坐标面（三维问题），用 Ｔｈｏｍｐｓｏｎ法将不规则渗流域转变为规则域，从而在规则域上求解转变后的渗流方程．避免了在不规则域上划分单元及迭代运算中生成新网格的繁琐过程，尤其对三维有自由面的无压渗流问题，本方法具有精度高而工作量小等优点。