长江三峡库区污染混合区的有限元模拟

为进一步弄清长江三峡水库修建对库区水质的影响 ,确定库区的环境容量 ,需要针对库区主要城市排污口及重要支流汇流口附近污染混合区进行计算。建立了求解浅水流动及其污染物输移扩散的分步有限元格式。采用 k- ε紊流模型确定紊动应力和污染物质扩散系数。对长江和嘉陵江汇流口附近的流场和浓度场进行了模拟。利用实测资料对模型进行了率定和验证。选取了桃花溪和李家沱两个典型排污口 ,对建库前后的污染混合区范围进行了预测 ,分析了建库前后污染混合区的变化。计算结果表明 :建库后污染混合区的面积有较大增加 ,需要采取必要的措施来控制水体污染 ,保护和改善库区水质     

基于Taylor展开的分步有限元格式

描述了一种基于Taylor展开的分步有限元数值格式。该法在时间上进行分步计算,在空间上采用标准的Galerkin有限元格式。对该数值格式的稳定性分析表明,该法在时间和空间上均具有三阶精度,数值稳定性好,在库朗数0－1的范围内均收敛。相比于Taylor-Galerkin法,本有限元法不包含高阶微分项,适用于非线性多维问题及具有复杂边界形状的流动。该法具有计算简便,精度高,数值稳定性好等优点。     

植被覆盖的河道水流纵向流速垂向分布

为研究天然湿地灌木植被群落交错区植被特征参数垂向变化对水流流速垂向分布的影响,进行了室内实验。在室内水槽种植灌木植被和灌木-草本植被,沿纵向方向设置5个监测断面,垂向布设若干测点,利用Doppler流速仪测量纵向流速,比较分析单一灌木植被群落和群落交错区内纵向流速垂向分布规律。结果表明:植被之间水流纵向流速垂向分布近似为双曲线;植被冠层以上流速垂向分布符合幂函数曲线。     

恒定横流中圆孔射流的分维特征

应用平面激光诱导荧光技术测量了在恒定横流中圆孔射流的分维数。研究了分给 和动量比的关系、分维数的变化和射流断面高程及稀释度的关系,比较了多孔射流和单孔射流的分维特性。     

水垫塘底板冲击压强分布特性试验研究

控制水垫塘底板的冲击压力对于水电站泄洪安全具有重要意义,尤其是对于高水头、大流量、窄河谷的水利工程。该文结合中国西南地区大型水电站泄洪消能的实际进行物理模型试验,对电站原方案下水垫塘的冲击压强进行了试验分析。提出了改变表孔齿坎布置的3种改进方案,进行了冲击压强试验。结果显示,改变表孔的齿坎布置是减小冲击压强的一种可行方法。还得到了最优的表孔齿坎布置方案,测量了水垫塘内的流速分布,分析了水垫塘内流态。该结果可用于该大型水电站的泄洪消能设施设计。     

求解不可压缩流动的分步有限元格式

提出求解不可压缩 Navier- Stokes方程的分步有限元格式 ,该格式没有高阶微分项产生、程序编制简单 ,适用于非线性的多维复杂流动。应用该方法实际模拟了二维圆柱绕流的旋涡形成与脱落过程 ,得出了不同 Re情况下圆柱绕流的流速分布。计算得到的不同 Re下的旋涡脱落频率(Strouhal数 )与前人已有的经典解答符合良好     

有压管道的非恒定摩阻模型

在有压管道水击计算中,传统准恒定摩阻模型不能准确描述快速瞬变流动过渡过程。该文介绍在快速瞬变流数值模拟中应用最为广泛的两类非恒定摩阻模型:物理理论基础模型和准恒定流经验修正模型,前者以引入历史速度权函数为特点,后者考虑非恒定流加速度对摩阻项的影响。该文比较了两类非恒定摩阻模型的优缺点、适用范围以及研究发展方向和待解决问题等,得出的结论是物理理论基础模型对于快速瞬变层流过渡过程有较好的应用性;经验修正模型则适用于高Re紊流快速瞬变过渡过程。     

Implicit Parallel FEM Analysis of Shallow Water Equations

The velocity field in the Wu River at Chongqing was simulated using the shallow water equation implemented on clustered workstations. The parallel computing technique was used to increase the computing power. The shallow water equation was discretized to a linear system of equations with a direct parallel generalized minimum residual algorithm (GMRES) used to solve the linear system. Unlike other parallel GMRES methods, the direct GMRES method does not alter the sequential algorithm, but bases the parallelization on basic operations such as the matrix-vector product. The computed results agree well with observed results. The parallel computing technique significantly increases the solution speed for this largescale problem.     

有压管道的非恒定摩阻模型

在有压管道水击计算中,传统准恒定摩阻模型不能准确描述快速瞬变流动过渡过程。该文介绍在快速瞬变流数值模拟中应用最为广泛的两类非恒定摩阻模型:物理理论基础模型和准恒定流经验修正模型,前者以引入历史速度权函数为特点,后者考虑非恒定流加速度对摩阻项的影响。该文比较了两类非恒定摩阻模型的优缺点、适用范围以及研究发展方向和待解决问题等,得出的结论是物理理论基础模型对于快速瞬变层流过渡过程有较好的应用性;经验修正模型则适用于高R e紊流快速瞬变过渡过程。     

植被覆盖的河道水流纵向流速垂向分布

为研究天然湿地灌木植被群落交错区植被特征参数垂向变化对水流流速垂向分布的影响,进行了室内实验。在室内水槽种植灌木植被和灌木-草本植被,沿纵向方向设置5个监测断面,垂向布设若干测点,利用Doppler流速仪测量纵向流速,比较分析单一灌木植被群落和群落交错区内纵向流速垂向分布规律。结果表明:植被之间水流纵向流速垂向分布近似为双曲线;植被冠层以上流速垂向分布符合幂函数曲线。