等宽明渠交汇水流数值计算

针对明渠交汇口缓流流动特性，分别应用水深平均H-L模型及k-ε模型建立了二维数值模型．水深方向采用静压假定，可模拟自由面和河床地形变化；应用交错网格上的有限体积法对方程组进行离散并采用水深-速度校正算法求解；每个代数方程求解采用TDMA逐行扫描法；针对交汇口几何特征，分区进行网格划分、应用实测资料对两种模型进行了验证比较，结果表明两种模型均可模拟明渠交汇口基本流动特性，但H-L模型所得的分离区计算结果比k-ε模型更为准确．     

用舍位二阶滤波计算明渠水流

在水面线计算时需要选取合理的曼宁粗糙系数n。传统的方法是把n看成一个确定性数值,选定一个经验公式或查表来推算得到。其实n受到许多因素的影响,是一个不确定性数值。再者,在建立描述水面沿流变化的微分方程式时,由于作了种种近似假设,使方程本身受到噪声干扰。此外,由于条件的限制,使得量测数据也含有随机误差。基于以上所述,考虑到糙率等非确定因素的影响,可以得到水面曲线和糙率计算的连续—离散非线性随机模型。通过应用滤波理论,得到一整套更为准确和合理的估计算法,计算结果与水槽试验和某工程实例相对比,取得了令人满意的成果。     

Preissmann四点隐格式对计算混合流动的适定性分析

普赖斯曼(Preissmann)四点隐格式为双对角隐式有限差分方法,具有结构简单、无条件稳定及对时间步长没有限制等优点,因而在河道、渠道、管道、河口潮流及管网、河网等非恒定缓流计算中,广泛用于数值求解圣维南方程组。针对四点隐格式应用于混合流模拟时的适定性进行了研究分析。结果表明,当采用激波捕捉法时,应用四点隐格式求解急缓混合流动在数学上为不适定。线性稳定性分析结果表明,如果计算域内存在临界流动,则四点隐格式为临界稳定。     

河道中水内冰演变的数值计算

水内冰的形成演变与冰塞形成密切相关,而冰塞常造成严重的凌洪灾害。为此研究并建立了河道中水内冰形成及演变的垂向二维紊流数学模型,应用模型对敞露河道水内冰演变过程及水温和体积分数分布规律进行了数值实验。数值模型中,假定水内冰的初始成核源于水表面冰晶籽的质量交换,冰晶粒径的演变取决于冰晶与周围水体间的热交换。根据原型观测结果,水内冰冰晶的形状假定为薄圆盘状。计算结果表明,水内冰体积分数沿水深呈指数分布,且沿程持续增加,而水温沿程出现最小值。这些结果与理论分析相符,说明该模型能较好地模拟河道中水内冰的演变。     

Numerical Simulation of Open-Channel Flow in 90-Degree Combining Junction

Combining flows often occur in open channel networks of drainage systems and river engineering. Open-channel junction flows were analyzed by solving the depth-averaged two-dimensional, elliptic Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with the Hanjalic-Launder (H-L) modification to the κ-ε turbulence model without the free surface “rigid lid” approximation with an efficient finite-volume procedure. The model can also analyze flows with separation. The model was used to analyze the relative importance of various factors and was compared with laboratory measurements. The H-L modification produced much better simulations of the separation zone size with 20% better accuracy than the standard κ-ε model. The H-L modification was then used to study the characteristic of junction flows and the separation zones with different discharge ratios. The simulational results show that separation zone size decreases as the discharge ratio of the upstream main channel to the downstream channel increases.     

圆形管道90°汇流口局部能量损失

进行汇流管路特别是管路较短或汇流节点较多的管路系统设计时,正确确定管道汇流口水流局部能量损失具有重要意义.为此,根据水动力学基本原理,在分析90°汇流口独特水流特性及能量耗散机理的基础上,提出了局部能量损失系数的综合表达式,并应用试验资料对该综合表达式进行了验证.研究结果表明,正确分析管道汇流口水流的局部能量损失机理,必须考虑汇入断面上支流沿下游主流方向的动量输入和主支流间相互掺混引起的附加摩擦阻力的影响.     

Flow Simulation of Urban Sewer Networks

Flow in an urban drainage network is usually unsteady with backwater near junctions. The routing of hydrographs through a network is an important aspect of the design and analysis of urban drainage networks. Various numerical methods to analyze flow in urban drainage networks were compared and a new hybrid interpolation scheme was developed which combined time-line reachback interpolation, implicit interpolation and space-line interpolation. Numerical simulations show that the improved method more accurately models flows in urban drainage networks.     

时间序列回退插值的特征线法应用于瞬变流数值计算

针对瞬变流的基本微分方程，应用特征差分方法，建立了管道有压流的数值模型。结点上的变量值采用时间序列回退内插的新的插值格式，而不是传统的空间内插方法。数值试验表明，文中提出的数值模型所产生的数值耗散很小。     

交汇水流三维数值模型

应用显式代数应力模型建立了交汇水流三维数值模型。方程离散采用交错网格上的有限体积法,并采用SIMPLE算法求解,代数方程求解采用TDMA逐行扫描法。针对交汇口几何特征分区进行网格划分,自由水面求解采用VOF方法。应用实测资料对计算结果进行了验证,同时与应用k-ε紊流模型的三维数值计算结果进行了比较。研究结果表明,文中所提出的数值模型可以更好地模拟交汇水流独特的三维流动特性。