黄河典型流域分布式水文模型及应用研究

面向黄河中等流域水资源管理,提出一个日过程的分布式水文模型.模型利用GIS/RS技术实现空间分布参数的确定和模型输入信息的处理.在产流计算上采用基于“地形指数”的方法,在汇流演算上采用分段马斯京根方法.模型的运行控制采用基于河网拓扑关系的“空间循环控制代码”的方法.在实例研究中将模型应用于黄河中游泾河流域.根据1996年径流模拟结果表明,模型具有一定的精度,在结构上是合理的,其中水量平衡误差小于5％,模型效率系数达到0.7,能够满足流域水资源管理之需.     

山区桥梁桥址区风特性及抗风关键技术

山区地形复杂多变,并且不同特征地形间存在相互的气动干扰,使得山区复杂地形地貌桥址区的风场变得异常复杂,这给山区大跨度桥梁抗风带来了巨大的挑战.本文以典型山区桥址区为背景,通过现场实测明确了山区桥址区风特性的特点,从历史统计资料、数值风洞模拟、现场实测等方面讨论了山区桥梁设计风速标准确定方法,分析了山区桥梁在非均匀来流和非平稳来流下的颤振性能,并讨论了大风攻角下几种优化措施对结构颤振性能的影响.研究表明,山区风场异常复杂,与常规平原地区相比有明显不同,需要通过多种途径确定其复合风速标准;山区非均匀、大风攻角和非平稳来流对桥梁的颤振性能影响明显.     

山区暴雨泥石流风险估计及其发生规模预测

泥石流是山区主要灾害类型, 其发生需要合适的物质和动力条件, 地形坡度、暴雨强度和风化岩土物质积累的组合决定了泥石流的规模和频率. 从山坡松散物质积累过程和暴雨概率分布条件, 得到了泥石流发生风险的推理公式, 并且提出了最大爆发风险与发生规模之间的联系. 理论研究和调查结果都表明, 在山区有限物质积累条件下, 泥石流发生具有准周期性, 泥石流间隔期越长, 发生时的规模将越大, 这在制定山区防灾对策中应该特别注意.     

耦合多水动力过程的二维山坡产汇流数值模型及其在壤中流模拟中的应用

基于物理性水分运动方程的山坡产汇流数值模型是进行降雨产流机制和规律研究的重要工具，当前还缺乏耦合地表水、土壤水和地下水多水动力过程的、具有较高计算效率和稳定性的二维山坡产汇流数值模型．本研究耦合地表水流动的圣维南方程组、变饱和土壤水分运动的Richards方程，采用有限差分法，对边界条件进行了改进，建立了THRM模型，对实验山坡实测壤中流过程有很好的模拟效果，通过数值试验揭示了边界条件、网格大小、初始含水率等对计算稳定性和计算效果的影响规律，所建模型对于山坡产流研究有应用价值，分析结论对壤中流数值模拟有参考意义．     

基于两相浑水模型的三维水沙数值模拟

本文针对悬移质泥沙输移,采用两相浑水模型进行描述,基于SELFE水动力学模型,尝试通过三维数值格式对两相浑水模型进行探索性模拟.建立了两相浑水模式的离散方程,完善了相应的边界条件,采用多组水槽资料率定并验证了模型的可靠性.并以宁蒙黄河2012年洪水为例,采用离散后的模型对宁蒙黄河青铜峡至石嘴山200 km河段进行了数值模拟.并以该河段洪水的洪峰传播特性、不同河段的环流特性、河段泥沙输移及河床冲淤等为重点关注了改进后的模型.结果表明:计算水位、地形、含沙量等数据与实测资料有较好的吻合,环流特性与理论分析一致.综合表明改善后的模型能很好的应用于悬移质泥沙的模拟.     

包含内部能量损失特性的水轮机力矩模型

分析水轮机能量损失的构成,定义了流道水力损失和撞击损失两种新的能量损失,并将水轮机内部能量损失分解为4种类型,定义相应的损失系数.给出了各项损失的表达式或特征描述以及损失系数的率定方法,进而建立了包含内部能量损失特性的水轮机力矩计算模型.利用所建立的模型可计算提取水力机组旋转的机械摩擦损失功率,解决了机械摩擦损失无法测量的困难;撞击损失的定义对空载损失过大的现象给出了合理的解释.采用额定工况下的特征参数来定义一组折算系数,将水轮机力矩模型中的参数转化为便于测量的参数,并进一步转化为关于主接力器位移的单变量函数,使得所导出的力矩模型应用方便.最后以电站实测效率试验数据对本文提出的方法进行了验证,结果表明,本文提出的方法能较好的反映水轮机内部损失特性,计算结果与实测数据吻合较好,精度高.     

螺旋状下降的复式断面明渠中紊动结构与次生流动的数值模拟

采用正交曲线坐标下建立的紊流控制方程, 对弯道水流中由离心力和紊动应力联合驱动的二次流结构建立了数学模型. 将螺旋下降的明渠流动条件下的数值模拟结果与如下试验资料进行了对比: (ⅰ) 交错边滩式矩形断面弯道明渠流动, (ⅱ)复式断面顺直明渠流动. 计算中采用了3种不同的Reynolds应力计算方法, 包括Launder和Ying(LY)及Naot和Rodi(NR)的代数应力模型及运用非线性k-ε模型计算紊动黏性系数的SY模型, 在各种弯道曲率和边界条件下, 对不同紊流模型的二次流结构数值模拟结果精度进行了评估. 研究表明, LY和SY模型数值模拟计算得到的二次流结构和紊动应力分布与试验数据均能达到趋势上的符合, 能够模拟出紊动应力和弯道流动中的离心力对二次流结构形成的影响.     

三峡水库支流河口淤积及拦门沙形成风险研究

三峡水库库区分布有大小66条支流,水库蓄水后部分支流河口泥沙大幅度沉积,其形成拦门沙坎的可能性亟待揭示.本文以多期次水下地形为基础,辅以原型固定断面观测成果,基于DEM数字高程模型,计算和分析了三峡水库蓄水后库区支流河口段泥沙淤积量及其沿程、平面的分布特征,研究了三峡库区主要支流河口泥沙堆积形态及成因.结果表明,三峡水库蓄水后2003年3月～2011年11月间库区支流累计淤积泥沙1.8亿m3.水库蓄水使得支流河口段水动力条件减弱是泥沙淤积的根本原因,支流来沙、倒灌泥沙及交汇段干支流河势影响泥沙淤积幅度和范围.三峡水库支流河口段淤积的泥沙以干流倒灌为主,支流来沙堆积的现象也存在,随着干支流来沙量趋于减少,支流河口淤积形成拦门沙坎的风险较小.     

类阿基米德原理下方形墩柱绕流阻力与尾涡区之间的关系试验研究

墩柱所受绕流阻力一直以来是流体力学所关注的焦点问题,具有重要的意义.方形作为墩柱结构的一种重要截面形式,在实际工程中得到广泛应用.本文类比阿基米德原理对方形墩柱所受绕流阻力进行分析,旨在探究方形墩柱绕流阻力形成机理及其与尾涡区之间的关系.试验基于压力传感器和粒子图像测速技术(PIV)分别对方形墩柱所受压强与周围水流结构进行测量,并对不同雷诺数下(2500≤Re≤20000)方形墩柱附近水流特性、绕流阻力与尾涡区之间的关系进行详细分析.根据实测数据,对墩后尾涡区时均相对体积、无量纲时均绕流阻力和无量纲化新型绕流阻力公式时均关系系数随Re的变化进行公式拟合,相关性均较好,并发现三者分别与Re之间存在较好的二次函数关系;对绕流阻力随尾涡区体积变化分别进行线性和二次函数拟合,发现吻合度均较好,在现实较大水流条件下,推荐采用线性拟合公式.     

基于黏土颗粒含量的泥石流容重计算

泥石流的黏粒含量对泥石流容重(γC)有很大的影响. 通过对我国西南地区45条典型的沟道泥石流容重与黏粒含量关系的统计分析, 基于黏粒含量, 使用多项式对泥石流容重进行计算, 取得良好的结果, 所建立的广义多项式模式和针对黏性泥石流的对数模式可应用于无法观测的泥石流沟的泥石流容重计算. 计算结果与实际观测分析的误差较小, 这说明该模式具有很强的针对性. 通过分析确定泥石流黏粒含量与容重的关系是黏粒含量影响泥石流的形成、运动和悬浮颗粒粒径的结果, 其机理清楚可靠. 通过泥石流黏粒含量与容重的关系趋势线分析发现黏粒含量很少(3%以下)时, 形成的泥石流通常为稀性泥石流, 泥石流体的容重随黏粒含量的减少而减小, 这种泥石流随着黏粒含量的降低向水石流或者夹沙水流的状态发展. 黏粒含量在3%～18%之间时, 容易形成黏性泥石流, 黏粒含量在5%～10%时泥石流的容重随黏粒含量的增加而增加, 黏粒含量在10%～18%时泥石流的容重随黏粒含量的增加而减小. 黏粒含量超过18%时, 容易形成泥流, 这时候形成的泥流的容重与低黏粒含量时形成的稀性泥石流随黏粒含量的变化趋势相反, 性质方面也有很大差别, 黏粒含量在7%～11%之间时候形成的泥石流的容重平均值最大. 特别地, 对于黏性泥石流, 模拟出的对数容重计算公式, 适用于黏粒含量3%～18%的泥石流体, 该方程容重计算值最大可达2.32 (t/m3). 这与目前泥石流容重的最大观测值相符.     

核主泵机械密封的流固强耦合模型

核主泵机械密封的机理和性能研究对压水堆核电站安全可靠运行具有重要意义.本文提出了一种适用于流体静压型核主泵机械密封的流固强耦合模型.根据核主泵机械密封的结构特点和工作特性,在圆环变形理论的基础上发展了密封装置机械变形的解析计算方法.结合密封端面机械变形和密封间隙流场的分析,将流体域、固体域和耦合作用构造在同一组控制方程中并同时求解所有变量,得到了流体静压型核主泵机械密封的解析式流固强耦合模型.此模型得到了相关实验结果的验证.将本文提出的解析式流固耦合模型应用于核主泵机械密封的参数研究,分别在一般情况和泄漏率固定条件下,得到了夹紧环螺钉参数和密封端面几何参数对于密封性能的影响规律.相关研究结果为此类机械密封的性能分析、设计及装配等提供了一定的理论依据.相对于全数值方法,本文模型具有高效、便捷、易于施加约束条件等独特优越性.     

Y型明渠交汇水流分离区的数值分析

针对Y型明渠交汇口的水流特性，应用三维各向异性的雷诺应力模型，采用交错网格上的有限体积法离散控制方程，用SIMPLE算法求解压力-速度场。数值计算结果与物理模型试验结果吻合较好，并据此重点探讨了不同交汇角条件下交汇口分离区尺寸的变化规律，提出Y型交汇水流分离区的定义和分离区尺寸与汇流比的函数关系。     

沿海高层建筑玻璃幕墙风致应力现场实测研究

沿海地区受台风的影响,高层建筑玻璃幕墙容易发生破坏.目前关于玻璃幕墙抗风性能的各种研究方法都具有一定的局限性.在台风登陆时,受大气压变化、温度变化和暴雨的冲击作用的影响幕墙整体会发生振动和变形,使得幕墙玻璃实际的应变和应力分布情况与模型试验和风洞试验的情况大不相同.本文对厦门沿海某高层建筑的玻璃幕墙进行了现场实测研究,获得了台风登陆过程中幕墙玻璃表面的风压情况及大量风致应力数据,并分析了幕墙玻璃上的风压与应力或应变的关系,总结了应力分布情况.     

可变翼型动态失速气动模型研究

可变翼型在提高升力、减振降噪、延缓动态失速等方面具有显著效果,已受到越来越多的关注.但是,目前还缺乏准确高效的可变翼型动态失速气动模型.本文将动态失速引起的环量加入到二维诱导流模型,并根据可变翼型的构型对ONERA动态失速模型进行改进,建立了可变翼型动态失速气动模型.该模型克服了现有方法在动态失速状态下计算精度不高、未知状态量过多及计算复杂等缺点.采用该模型,计算了后缘小翼作简谐偏转运动的可变翼型在翼型无变距运动和翼型有变距运动两种情况下的气动载荷,并把计算结果与实验结果及ONERA模型计算结果比较,验证了本文建立的可变翼型动态失速气动模型的准确性.     

压电驱动的载荷比拟方法

随着压电材料与结构大量进入航空航天结构控制领域，针对大型复杂结构的压电驱动计算与优化对计算方法提出更高的要求．本文提出并验证了压电驱动载荷比拟方法．使用该方法可以大大降低有限元模型规模，避免多压电铺层面内电压定义困难、简化材料参数在材料主向与单元主向之间的复杂转换，特别适合于结构强度工程人员进行压电驱动的振动与形状控制设计．     

大功率电解整流系统背景谐波建模及谐波责任评估

大功率电解整流系统向电网排放大量谐波,严重影响并网点电能质量,建立精准的电网背景谐波电压模型并对谐波责任进行评估有利于衡量电力用户谐波排放对公用电网造成的影响程度.本文基于某电解锰厂实测数据,首先介绍了被测工厂供电背景和电网公共连接点谐波电压分布规律;进一步地,分别采用正态分布、对数正态分布和Weibull分布函数对特征停产日的分时段谐波电压概率分布进行拟合,利用Kolmogrov-Smirnov检验方法获取的拟合优度辨识出最优拟合函数,建立停工日背景谐波电压仿真模型;最后,根据该谐波电压概率分布模型对生产日的电解车间在公用电网母线上的谐波责任进行评估,分析结果表明:所测试的电解厂对公用电网的谐波责任以负向贡献为主.     

堰塞坝漫顶溃决机理与溃坝过程模拟

堰塞坝作为自然作用的产物,由于其自身特点,极易发生漫顶溃决.基于小比尺堰塞坝溃决模型试验与唐家山泄流现场实测资料揭示的堰塞坝漫顶溃决机理,建立了一个堰塞坝漫顶溃坝过程数学模型.模型基于堰塞坝的几何特征和坝料物理力学特性,统一分析坝顶与下游坡溃口的发展,并充分考虑堰塞体沿河流运动方向的形态变化;模型可考虑坝体的单侧与两侧冲蚀、不完全溃坝与坝基冲蚀等溃坝模式.选择唐家山堰塞坝泄流案例对模型的合理性进行验证,通比对峰值流量、溃口最终宽度、峰值流量到达时间等参数发现,模型计算结果与实测值的相对误差在10%以内;另外,计算获取的溃口流量过程和库水位变化过程与实测值基本吻合,验证了模型的合理性;参数敏感性分析结果显示,残余坝高、冲蚀系数等参数对溃坝过程具有重要影响,单侧或两侧冲蚀对溃坝过程影响较小.     

风景名胜区泥石流治理模式: 以世界自然遗产九寨沟为例

系统分析了风景名胜区泥石流治理的特点, 提出了风景名胜区泥石流治理原则, 结合九寨沟泥石流活动特征和保护对象, 提出了一些减灾工程的布设方法, 构成了一套科学、合理、可行的泥石流治理技术实现途径. 综合泥石流治理的原则和技术实现途径, 形成了以减灾工程与自然景观相协调和工程减灾与生态减灾功能相结合为核心的风景名胜区泥石流治理模式. 这种治理模式不同于城镇、交通、农田等泥石流治理模式, 九寨沟的泥石流治理中体现了这一模式, 有效地控制了泥石流, 达到了保护景观资源、生态环境、游客和居民安全的目的. 目前, 国内外还有许多风景名胜区受泥石流危害或威胁, 其灾害也可以用这种模式治理.     

16Mn钢海水腐蚀速率的计算机预测

本文采用人工神经网络技术建立了碳钢、低合金钢在海水飞溅区腐蚀速率的人工神经网络拓扑结构,并预测了16Mn钢在海水飞溅区的腐蚀速率发展趋势,网络模型预测结果和实测数据紧密相符,预测结果比较理想,该方法为腐蚀专业和非腐蚀专业的工程技术人员提供腐蚀分析的依据.     

直接用电密J计算异体三维涡流场的FE—BE耦合法

提出一种计算导体三维涡流场的FE－BE耦合法，在涡流区中直接采用涡流电密J为求解量的FEM，其公式采用八节点长方体单元进行主散，在非涡流区中采用磁场强度H为求解量的BEM，其公式采用矩形单元离散，根据交界面条件，耦合得到一个求解变量仅为J的代数方程组，该方法的优点就是所求量无需微分，求解变量少，耦合容易，适用于多连域问题，对两个模型进行了计算，计算结果与测试结果吻合较好。