用k_ε紊流模型及有限元法解二维异重流方程

本文用水沙混合水流的运动方程和质量守恒方程作为二维泥沙异重流的控制方程,用k-ε紊流模型闭合雷诺应力,用有限元法解上述方程组,计算了泥沙异重流的流速、含沙量、紊动动能和紊动粘滞系数的分布,并与试验的流速和含沙量资料进行了对比,最后分析了含沙量与紊动动能、流速的关系,阐述了在含沙水流中紊动动能有可能转化为水流的势能.     

黄河口泥沙异重流的数值模拟

将已被广泛应用的一维泥沙异重流控制方程推广到平面二维情形,构成一组四方程模型,并对方程中重要参数的取值作了讨论。而后针对黄河口泥沙异重流的发生和演变受潮相控制的特殊性对其进行数值模拟。在泥沙异重流的基本控制方程中加入了潮汐影响项,采用ADI法对黄河口的潮流控制方程与有潮汐影响的泥沙异重流控制方程进行半耦合求解。模拟结果与实测结果基本吻合。     

异重流水卷吸经验式不确定性对层平均数学模型的影响

基于贝叶斯定理的Gibbs随机采样方法,结合现有异重流水卷吸实验数据,探讨了异重流水卷吸经验式中经验系数E_1和E_2的不确定性,获取的E_1和E_2样本总数为2×10~5.统计发现,其中概率最大的(E_1,E_2)样本取值与原式取值相近.将样本值输入异重流层平均水沙耦合数学模型,模拟陡坡上异重流演化过程.结果表明:计算异重流厚度、速度、泥沙体积分数、底床形变区间范围随运动距离的增加逐渐增大;采用概率最大经验系数值可能低估异重流厚度和泥沙体积分数,高估异重流速度和底床形变;95%样本输入异重流模型所得计算水力参数范围远大于25%样本所得计算水力参数范围,意味着模型对(E_1,E_2)的取值十分敏感.     

二维水库水流泥沙数值模拟

根据水库的水沙运动特点及库区地形条件,考虑悬移质和推移质运动,建立了二维水流泥沙数学模型。网格单元用拉普拉斯方程和代数方法生成,模型方程用有限元法离散求解。利用水槽试验资料和水库实测资料进行模型验证和稳定性分析,结果表明：计算的断面流速分布、流场和河床变形与实测结果基本吻合。     

悬移质泥沙运动过程模拟分析

为了实现悬移质泥沙运动过程的模拟分析,应用联合k-ε紊流方程和悬沙输运方程的单流体模型,采用有限体积数值方法对其离散求解,分别对净冲刷和净淤积试验算例进行了计算模拟,计算结果与试验结果吻合良好,说明该模型是正确有效的,可以用来模拟悬移质泥沙的运动问题.分别对两个试验中泥沙上扬和沉降的运动过程进行数值模拟,结果表明:净冲刷和净淤积试验中泥沙开始上扬和沉降直至稳定状态分别运行24 s和35 s.采用单流体模型可以有效地对悬移质泥沙运动过程进行数值模拟,为河流海岸工程中的水沙研究提供可靠的参考和依据.     

泥沙侵蚀经验式经验系数不确定性对异重流数学模型的影响

文章应用基于贝叶斯定理的Metropolis-Hastings随机采样方法,结合现有异重流泥沙侵蚀实验数据,获取了异重流侵蚀公式(见式1)中经验系数(如N_1、N_2、A_3)的大量样本(样本总数15万)。统计表明,当A3=4时,占总样本数95%的N_1N_2取值组合中,N_1和N_2最大值分别是拟合最优值(即概率最大的N_1N_2值)的2倍和3.5倍。将样本值输入经典的异重流层平均数学模型,模拟陡坡上异重流演化过程,统计发现,1)计算异重流厚度、速度、浓度区间范围随运动距离的增加逐渐增大;2)采用概率最大经验系数值可能低估异重流厚度、高估异重流速度和浓度。对比表明,模型计算结果对N_1N_2取值的敏感度要远大于对A3N2取值的敏感度。     

准二维非恒定非均匀泥沙数学模型

在一雏非恒定非均匀泥沙数学模型研究的基础上,提出了可以模拟横向冲淤变形以及河宽变化的准二维非恒定非均匀泥沙数学模型．将横断面沿河道流向分成若干个流管,对每个流管利用非耦合法分别求解水流方程和泥沙方程．运用Preissmann四点偏心隐式格式对水流连续方程和运动方程进行离散,并用追赶法求解．采用迎风格式将悬移质连续方程离散成差分方程求解．根据最小能耗率原理,判别河床冲淤变化方向,以确定河宽是否变化、该模型弥补了以往大多数准二维泥沙数学模型只能按等流量划分流管,且只能模拟恒定流、均匀沙、固定河宽情况下的河床冲淤变化的缺陷．利用青铜峡水库实测的水沙资料,对所建立的模型进行了验证,计算结果与实测值吻合良好．     

少沙河流泥沙絮凝与异重流

通过现场实测资料分析和试验，对少沙河流粘性细颗粒泥沙絮凝体大小进行初步探讨，说明絮凝不仅促使少沙河流粘性细颗粒泥沙大幅度淤积，而且对水库异重流的产生具有促进作用；合理利用异重流排沙是减少水库淤积的方法之一.     

"育鹏"轮斜航水动力数值计算及运动仿真

为了建立高精度船舶运动数学模型,以目前国内最大、最先进的大连海事大学教学实习船"育鹏"轮为研究对象,采用计算流体力学方法,分别对该船模压载状态下的直航运动和斜航运动水动力进行数值计算,将直航阻力系数计算结果与船模物理水池试验数据进行比较,验证了计算方法的可行性;对斜航水动力系数和力矩系数利用最小二乘法进行多项式拟合求取相关操纵性斜航水动力导数,代入"育鹏"轮六自由度运动数学模型中,用于预报和运动仿真.将部分仿真试验结果与实船海试数据进行对比,吻合较好,误差均在12%以内,验证了数学模型的正确性,提高了航海模拟器数学模型的精度.     

蓄水两坝间长系列水动力及泥沙淤积的研究

对黄河上游龙羊峡至李家峡间的贵德-李家峡河段的蜿蜒河道进行了研究，为蓄水两坝间的通航和河床稳定性问题提供可行性分析依据．根据二维水流连续、运动方程、悬沙扩散方程和两相流底沙运动方程，采用加权集中质量剖分方法，建立了蓄水两坝间水动力、泥沙淤积数学模型．提出了泥沙交换和河床粗化计算模拟的物理图案，对长系列水动力和泥沙运动进行了模化处理．通过调试，验证了水尺水位和李家峡建坝前该河段4年的地形演变量．应用李家峡建坝后典型水文年长系列的组合资料，预报了河床经长期冲淤调整后迭到基本平衡需要的时间．介绍了泥沙交换和河床粗化计算模拟的物理图案和长系列河床演变数学模型的研究方法．     

Numerical simulation on the evolution of sediment waves caused by turbidity currents

Interest in the forming mechanism of sediment waves increases recently because of its significance on submarine engineering, sedimentary dynamics and hydrocarbon reservoir prediction in deep water. In this paper, the time-averaged continuity equations and Reynolds-averaged Navier-Stokes equations are applied in the numerical simulation of fluid dynamics. The modeling results are used to illuminate the effects of topography on turbidity current and explore the origin of submarine sediment waves. The research results show that (1) deposition occurs firstly at the lower ramp due to the deceleration of fluid, increase of density, loss of flow capacity and longer duration of flow passage; (2) density increase at the upslope due to the local jam results in velocity decrease and pressure increase; (3) sediment waves begin to be formed and migrated toward upstream in an area far away from the source with in- crease of the turbidity events; (4) deposition becomes more slowly with decrease of grain sizes, but the shape and sequences of these deposits are controlled by topography, not grain size.     

珠江虎门口动力结构研究

虎门口是珠江八大入海河口之一,其形成是上游河流携带泥沙在两基岩岛侧淤积延伸的结果,属潮汐优势型河口。口门上、下游方向水面放宽,形成了独特的双向不对称射流体系,通道口以北为涨潮优势流,通道口以下南为落潮优势流;基于几个重要的河口参数和滤波技术,从双向射流,密度环流及其对沉积物输运等方面分析了虎门口的动力结构特点:虎门动力环境中,非线性作用和摩擦力的影响均不能忽略,在密度梯度力驱动下,枯季发育了密度环流,这从浅表层沉积物的输运和低频水流的输运上得到了验证,同时,密度环流与双向射流相互交汇,更增加了射流系统的复杂性。     

一维量子Euler-Poisson方程的解的渐近性

讨论了一类一维量子半导体方程,这类方程具有等熵Euler—Poisson方程的形式,并且动量方程有量子势力项和松弛项．当远场动量不一致和远场电场非零时,证明了一维量子Euler—Poisson方程的初值问题的解的渐近性．通过选择适当的修正函数和能量估计的方法,得到了上述初值问题的解在时间足够大时收敛到相应的稳态解．这个结果改进了前人的关于远场动量一致和零远场电场时解的渐近性的结果．     

生物扰动对沉积物侵蚀和沉积的影响

海洋沉积物的侵蚀和沉积过程对海底地形地貌具有重要的作用,侵蚀和沉积速率的相对比值不仅影响沉积层的稳态过程,还能改变沉积层的理化属性。侵蚀和沉积过程涉及因素复杂,不仅包括物理因素(海流、潮汐、沉积物性质)、化学因素(浑浊度、间隙水的离子组成),还包括生物因素(海草、海藻的丰度以及生物扰动作用)。生物扰动是海洋生态学重要的研究内容之一,是水层-底栖界面的耦合过程中的关键生物影响因子。自20世纪50年代以来,生物扰动逐步得到重视,尤其是在水层-底栖界面耦合过程中的作用,并逐步由定性研究过渡到定量研究,进入室内生态模拟、现场测试和构建模型相结合的阶段。但生物扰动对沉积物侵蚀和沉积的影响研究起步相对较晚,10余年前才开始得到较多关注。本文综述生物扰动对沉积物侵蚀和沉积的影响,包括目前研究状况,常用的研究材料和方法以及研究热点,为今后深入研究关键生物种群的生物扰动对沉积物侵蚀的影响以及地形地貌的形成提供参考。     

稳态双极粘滞量子流体力学模型的正解的存在性

文章研究一类带有特殊粘滞项的稳态双极流体力学模型正解的存在性.这个模型含有三阶量子修正项和二阶黏滞项。文章先将原方程组变形为常见的形式,得到原问题的等价问题利用先验估计和Leray-Schauder不动点定理证明了无论是等熵还是等温条件下,对于所有的电流密度,此模型存在正解.     

稳态双极黏滞量子流体力学模型的正解的存在性

研究一类带有特殊黏滞项的稳态双极流体力学模型正解的存在性。这个模型含有三阶量子修正项和二阶黏滞项。先将原方程组变形为常见的形式。得到原问题的等价问题利用先验估计和Leray-Schauder不动点定理。证明了无论是等熵还是等温条件下,对于所有的电流密度,此模型存在正解。     

湄洲湾秀屿港进港航道悬沙分布特征和运移趋势

湄洲湾秀屿港是福建海岸重要的港口之一,港口发展需要了解湄洲湾海域的海流及悬沙分布变化特征.本研究对湄洲湾秀屿港进港航道3个站位进行周日连续水文、泥沙观测,通过对获取的数据进行分析比较,得出湄洲湾秀屿进港航道泥沙变化特征和运移特征.湄洲湾潮流为正规半日潮流.由于受地形所制约,潮流为比较稳定的往复流.涨、落急时刻流速大,含沙量随之增大并形成于底层.由于湄洲湾无大径流输沙,周边海岸的侵蚀输沙影响也不大,海域悬沙量浓度主要取决于潮流掀沙.本调查区域悬沙的颗粒主要集中在0.004~0.063 mm,现场测定的海流流速与泥沙的启动流速相关,流速与泥沙的浓度基本是正相关关系.湄洲湾余流总趋势是表层向外,底层向内,在近湾顶的秀屿西北海区存在潮汐余流环流,断面净输沙量进大于出.     

固体电枢电磁导轨炮非稳态电磁效应

根据麦克斯韦方程和热传导方程,建立了电磁导轨炮导轨、电枢二维非稳态电磁场和温度场的计算模型,运用有限差分P-R算法进行了耦合计算.数值结果显示了导轨及固体电枢内部磁感强度、电流密度和温度分布;同时由于电枢运动,电流趋向导体表面流动并在电枢尾部与轨道接触面上趋于集中,使电枢尾部焦耳热剧增导致出现高温烧蚀.研究工作为改进电枢设计,避免电枢在快速滑动中发生转捩并抑制烧蚀提供了理论依据.     

超导电机端部绕组电动力的数值计算

本文讨论了超导电机的基本方程,稳态参数及瞬态电流的确定方法,在此基础上推导了交流电机电枢绕组端部电磁力的计算公式;论述了用状态方程确定瞬态电流,用瞬态电流计算场,由瞬态电流和端部场确定力的过程,并对超导电机作了实例计算。文中所阐述的理论和方法对常规电机与超导磁体亦适用,从而具有较好的应用前景。