明渠紊流中淹没柔性植被流固耦合大涡数值模拟

水生植被广泛存在于天然河道、湖泊及湿地,是河流生态系统的重要成分.它通过改变明渠水流时均及紊动结构来改变河道水流阻力,并在水流作用下发生弯曲和摆动,形成复杂的流固耦合作用.研究柔性植被在水流作用下的运动响应,能够更精确地解析植被的阻水效应.本文采用基于嵌入式迭代浸入边界法的高效能三维紊流计算程序CgLes,开展流固耦合数值模拟,研究柔性植被在水流作用下的弯曲及运动响应,分析植被涡激振动特性及水流阻力规律.模拟结果表明,植被运动以展向摆动为主导,植被刚度对植被运动轨迹和摆动周期有显著影响,进而影响植被的阻水规律.在水动力条件相同的情况下,植被的摆动周期与植被的弹性模量有关,且不受流场影响.随着刚度系数增大,植被运动模式从准周期性摆动变成周期性摆动,最终发展为刚性情况下的静止直立状态;植被刚度较大且间距较小时,植被存在逆流向弯折现象;在刚度较大时,柔性植被随着水流而摆动,抑制流速发展;但是当柔性植被刚度较小时,植被接近倒伏,明渠的平均流速对比刚性植被情况增大;本文算例中植被刚度对平均流速的影响最大约为2.47%.植被间距对植被的下弯幅度影响较小,但对展向摆幅作用显著;平均流速随植被间距增大...     

正弦派生曲线弯道中水沙运动特性动床试验

为了研究流量和弯曲度对弯道内水流泥沙运动特性的影响,在无黏沙质床面上进行固定边壁动床弯道模型试验,测量不同弯曲度和不同流量组合条件下弯道内的水流运动特性、地形演变和输沙强度.试验表明,水流动力轴线在相邻2个弯顶之间形成过渡段,弯顶下游凸岸一侧存在局部低流速区,该区域最早出现边滩形态;流量与床面形态之间的关系是非线性的,小幅度的流量变化引起较大的床面变化;微弯河道中浅滩、深槽分布规则,当河道弯曲超过一定程度时,显著影响床面的稳定性,床面形态变得复杂;随着弯曲度的增大,河道的输沙能力有减小趋势.     

蜿蜒河流平面形态的几何分形及统计分析

自然界中大型蜿蜒河流的平面形态是一种多尺度分形结构．笔者对蜿蜒河流平面形态进行了几何分形分析．计算了蜿蜒河流河道中心线的分形盒维数,并利用分形维数对大型河流的弯曲度和不规则程度进行了描述．另外,建立了对蜿蜒河流河弯形态进行识别、概化以及特征量统计分析的方法,并将其应用到黄河、长江等河流的几何形态统计分析中．河弯形态的统计结果能够为有关工程的建设、河流生态修复及理论分析等提供信息支持．     

浅水方程大规模并行计算模拟城市洪水演进

基于有限体积法建立求解溃坝水流运动的数学模型,利用Riemann问题求解Godunov格式计算通量,通过空间分块划分的大规模并行计算来加速运算,实现了城市洪水演进的精细数值模拟.数值模拟结果表明,建筑物在溃坝波波前到达初期所受水流荷载最大;受上游建筑物消波、蔽护作用,溃口下游建筑物所受荷载随至溃口的距离的增大而减小,建筑物的存在使得溃坝波在城区传播速度减慢.并行测试表明,缓冲模式比非缓冲模式更适用于浅水方程大规模并行求解.目前大规模并行计算能够实现对面积达400,km2的城区洪水演进进行实时仿真模拟,为滨河、滨海城市在受到溃坝、海啸等洪水威胁时的快速决策和应急疏散提供科学依据.     

溃坝波在弯曲河道中传播的二维数值模拟

为分析溃坝波在天然弯曲河道中传播的特点,建立了跟踪河道走向的正交曲线坐标系,并通过坐标变换、简化和水深积分推导出了曲线坐标系下的二维浅水方程.利用能较好地适应水流间断性质的Godunov差分格式,对控制方程在二维矩形区域上进行离散求解,模拟溃坝波在不同弯曲度弯道中的传播过程.结果表明,该模型能够简便、快速、有效地模拟弯道溃坝波的传播,河道的弯曲会对溃坝波传播的速度以及水面形态产生影响.     

机械设计中模糊理论的应用分析

随着工业化的快速发展,机械设计也开始逐渐发展完善,在机械设计中的模糊现象也开始越来越多,传统的模型设计方式已经不再使用,针对这一问题,在机械设计中引入了模糊理论。本文首先简单介绍了模糊理论的概念,其次简单分析了模糊理论对机械设计可靠性的提高,最后介绍了模糊理论在机械设计中的应用。     

新时期如何做好科研生产管理

21世纪是信息化大发展的时代,同时也是我国赶超国外发达国家、实现民族崛起的重要时代。在这一时期应当充分发挥好科研单位的重要引领作用,做好科研生产工作带动我国科技进步。新时期,科研生产单位面临着不同于以往的外部环境,最为明显的是是科研生产任务的加重,这将使得科研生产单位承受更大的压力。为保障科研生产任务的顺利进行,科研生产单位应当积极做好科研和生产工作之间的协调沟通,积极探索科研生产管理新思路、新方法,以先进、高效、科学的管理理念来激发科研生产活力,保障科研生产任务的顺利进行。     

冲积床面上明渠水流湍流特性及其与底层泥沙起动关系的试验研究

利用声学Doppler测速仪测量了明渠水流在不同水深、流速、泥沙粒径情况下的瞬时流速分布和泥沙起动流速,研究了可动粗糙床面明渠水流的湍流特性.利用实测断面流速分布,采用非线性回归拟合出对数律流速分布的各参数,进而参照Эегжда的实验曲线研究了冲积床面上明渠的阻力分布规律,计算出各断面的相对脉动强度、Reynolds应力、湍流动能,并对各种不同情况下的明渠湍流分布规律进行了比较,描述了各粒径泥沙在不同水深情况下的起动流速以及泥沙起动时明渠底层各湍流特征的变化情况,研究探讨了冲积床面上明渠湍流各特征量的变化分布规律以及泥沙起动与水流湍流特性的内在关系.     

推移质运动过程的非线性动力学特性

天然沙质海岸及河床上存在着不同形式的床面形态, 其运动变化受床面附近推移质泥沙的运动特性所决定. 从床面层内推移质集体运动出发, 探讨了推移质运动过程的非线性动力学特性, 发现泥沙起动、推移质平衡输沙以及床面形态由平整到沙纹及沙垄等不同发展阶段, 受推移质运动过程的非线性动力特征所决定, 它们分别对应于推移运动过程中的不同非线性状态. 通过与法国夏都水利实验室床面形态试验比较, 进一步证明: “床面形态从平整到沙垄的演化与否”由推移质泥沙运动过程的突变特性所决定, “突变分界线”是平整床面与沙纹及沙垄床面的分界曲线.