闸门调控下大型输水系统的水力响应特征研究

输水系统的水力响应特征是渠道运行调控中所关心的重要问题.本文以南水北调中线工程总干渠为例,采取数值模拟的方法,计算了闸门开启和关闭两类操作情况下输水渠道的水力响应过程.结果分析表明,渠道水位波动变化幅度及影响距离、波动传播时间和闸门附近水位下降速率等水力响应参数与闸门运用方式、开度变化速率等影响因素之间存在着密切的关系,表现出一定的特征规律.这些特征规律对进一步深入研究减小渠道水位变化幅度和下降速率的方法,制定合理有效闸门调度控制方式具有重要意义.     

煤矸石淋溶重金属运移过程的水动力学模型及应用

通过分析重金属污染物在地下环境系统中迁移转化特征，建立了包气带土壤水分运移模型和重金属污染物传输耦合数学模型，并分别采用隐式差分和算子劈裂方法对模型进行数值求解。数值模拟结果表明：重金属镉在地下环境系统中的浓度范围将沿地下水水流方向逐渐扩展，同一点位的浓度值呈逐渐增大的趋势，并且粘性土壤比砂性土壤对重金属具有较强的截留能力。这不仅为煤矸石在地下环境系统中迁移的动态规律，预测煤矸石堆放在周围可能造成的污染规律和污染程度提供理论指导，而且还可为对矿区开采前的规划与管理以及环境评价提供决策依据。     

边界拟合坐标法的应用：长江口南支非恒定流计算

为了既能精确地拟合不规则区域边界,又使有限差分的计算能在规则的网格上进行,在长江口南支河段非恒定流的平面二维数值模拟中,采用了近年来得到广泛注意的边界拟合坐标法,为了提高计算的稳定性,本文引用了二维人工粘性项和人工光滑的方法。计算结果与实测资料相当吻合。计算结果还表明,在同样的网格密度下,使用边界拟合坐标的差分计算的CPU仅比使用昔通网格的差分计算略有增加。所以,在二维水流计算中,这是一种值得推荐的方法。     

水电站工作闸门动水关闭数值模拟分析

结合某水电站的实际资料建立了由水库、引流道、工作闸门和蜗壳组成的三维模型,运用数值模拟软件对实际工况和设计工况进行计算对比.计算结果表明闸门在两个剪断销剪断时无法关闭的原因是滑块的老化导致摩擦系数增大.由于闸门底部的特殊型式闸门在正常下落过程中底缘所受压力分布不均匀,且随着开度的减小底部不均匀程度有所增加,导致闸门关闭过程中的垂直振动,机组强烈震动弃负荷时将飞逸,对系统和人员的安全带来重大隐患.本文对电站的安全生产和闸门的优化设计有一定参考价值.     

储层中稳态油层的水动力学模型

为储层中的稳态油层导出了一个二维的水动力学模型，该模型综合考虑了水动力、浮力、毛细管压力、界面张力、储层中水油、岩石的物性参数以及储层的构造形态等因素，得到以下微、积分方程：２Ｔｄ２ｈｄｌ２＝Ｑμ∫ｌ０ｄｌ′ｋ（ｈ（ｌ′），ｌ′）［Ｈ（ｌ′）－ｈ（ｌ′）］－ｇ∫ｌ０Δρ（ｌ′）［ｓｉｎθ（ｌ′）－ｈ（ｌ′）ｌ′ｃｏｓθ（ｌ′）］ｄｌ′用叠代法解得方程的解析解，就可预测储层中油层存在的可能性，并求得油－水界面的形态、油层的最大厚度等。通过对Ｈｕｂｂｅｒｔ（１９５３）实验和东营凹陷樊家油田的油层进行的计算表明，理论模拟和实际情况较为吻合。     

大型输水渠道分水口分水影响及调控原则研究

分水口的分水调控对输水渠道的安全稳定运行具有重要影响.以南水北调中线工程总干渠作为研究对象,建立一维非恒定流数学模型,对典型分水口不同分水流量大小和操作方式下的渠道水力响应过程进行计算,得到相应的水位变化幅度和波动影响距离.结果表明,单步分水的水位变化速率快,波动影响距离大.同时从安全输水角度出发,为减小水位下降速率,提出了分水口进行分水时的最大分水流量变化范围和较优的分水完成方式等调控原则.研究成果对南水北调中线工程分水口的运行和管理具有参考价值.     

丢弃负荷工况下事故闸门井流态CFD数值模拟

本文基于紊流模型对某水电站平板闸门及闸门井周围湍流流场进行了CFD数值模拟,探讨了在丢弃负荷工况下闸门井水位变化过程线和各时刻平板闸门上的压力分布情况,并给出了闸门所受合力随时间变化以及闸门井内横断面的流态图,在此基础上分析了丢弃负荷工况下闸门井内的这种流态对闸门振动的影响。     

非水相液体传输的耦合动力学模型及数值解

基于多孔介质流体力学和溶质运移动力学原理,建立了非水相液体在地下环境系统中传输过程的多组分多相流耦合数学模型,对多相流渗流场模型和污染物传输浓度场模型分别采用了IMPES和特征有限差分方法进行数值离散,模型中充分考虑了污染物在地下环境体系中扩散、吸附解吸、界面间分配以及微生物降解等化学反应以及气相作用,并以苯在土壤中传输的浓度分布为例,验证了模型的可靠性。该数值模型较以往数值模型相比．可有效地克服在数值解过程中的弥散和振荡,对于石油工程领域中油气藏多相流数值模拟奠定基础。     

基于Keller-Box格式的三维非静压水动力学模型

将欧拉方程中的压强分为静压和动压,对水平动压梯度项以外的其他项进行σ坐标变换.动压变量布置在网格上下表面中心,并采用Keller-box格式离散垂向动量方程.将包含未知动压变量的流速分量代入仅在垂向进行σ坐标变换的连续方程,得到关于动压的泊松方程并采用稳定双共轭梯度法求解,建立了一种非静压三维水动力学模型,并利用正弦波在潜堤上的传播实验进行了验证.结果表明:本模型严格满足自由水面处的零动压边界条件,当波幅与水深之比不超过0.1时,在垂向仅采用两层就精确模拟出水流运动.     

一个区域PBL模式建立与应用研究

建立了一个高空间分辨率的非静力E－ε闭合PBL模式,适用于复杂下垫在扌的区域（水平尺度在几公里到几百公里,时间尺度在几分钟到几天之间）,较精细地模拟下垫面动力、势力作用下的边界层三维风、温、湿及湍流场的结构和特征,用以满足城市化和区域化的空气质量预测模拟需要,将模式运用于3个下垫面复杂的区域进行诊断和预报模拟,结果表明模式能较好地模拟复杂下垫面热力和动力作用下的边界层三维风、温、湿、及湍流场的结构和特征,模拟结果与观测资料一致。     

半导体器件非线性系统的人工粘性有限元解法

文中采用有限元方法对动力模型进行了数值仿真.首先推导出动力模型的数学模型,即一非线性偏微分方程组,然后给出了对应于偏微分方程组的变分问题.为了对变分问题进行数值求解,应用有限元方法得到了对应的非线性方程组.由于动力模型的强非线性性,在数值求解中采用了人工粘性技术,根据动力模型偏微分方程组的具体特征,提出了具体的人工粘性方法.最后分别通过一维的n -n-n 硅二极管和二维的 GaAs MESFET算例,验证了算法的有效性.     

绕不同扭曲水翼的空穴发展及其水动力特性研究

针对水力机械叶片表面的空化问题,作者开展了绕不同扭曲水翼的空化流动特性的数值研究,采用均质流模型并耦合大涡模拟方法(LES)和Zwart空化模型计算了绕NACA0009和Clark-Y两种扭曲水翼在不同空化数下的空化流动。结果表明：绕不同翼型的空穴发展随着空化数变化呈现明显不同的特性。相比于NACA0009翼型,绕Clark-Y翼型的空穴尺度随着空化数的减小而增大的幅度更明显,对空化数更为敏感。绕NACA0009翼型的空穴可以将翼型导边完全覆盖,而Clark-Y翼型导边的两侧并没有被空穴覆盖。另外,绕NACA0009翼型的空穴更容易出现准周期性变化和形成U型涡结构的脱落空泡团。不同翼型的升力系数的变化规律也显著不同,Clark-Y翼型的时均升力系数均显著大于NACA0009翼型。随着空化数的减小,相比于Clark-Y翼型,NACA0009翼型的升力系数更容易出现准周期性变化。     

双向嵌套水动力数值计算模型在同安湾的应用

在厦门港采用ECOM3D模型进行研究并对其二维模态进行了改进.对二维模态用隐式算法进行计算,采用大小网格双向耦合嵌套技术模拟和预测了海域工程开发前后水动力环境的变化情况.通过对同安湾综合整治的海域环境影响评价的实践,证明了本模型的实际应用可以为海域工程开发和海洋环境评价提供科学依据和技术支撑.     

吊舱推进器桨毂间隙影响的数值分析

以拖式吊舱推进器为对象,采用求解RANS（Reynolds Averaged Navier Stokes）方程的方法研究桨毂间隙对水动力性能的影响,应用滑移网格技术处理桨叶与吊舱的非定常相互作用.分别计算了具有不同间隙宽度的模型,以考察有、无间隙以及间隙宽度变化对推进器各部分水动力的影响.计算结果表明：桨毂间隙对推进器单元水动力及桨叶水动力的影响均很小;桨毂间隙内压力作用于桨毂后端面形成推力,其大小约为桨叶推力的2%~3%;桨毂后端面与桨叶随边的距离一定时,间隙内压力随间隙宽度的增大而降低.     

条栅式液压限载闸门的设计与应用

通过对立井提升装载系统结构的分析和研究,自行设计出条栅式液压限载闸门,并进行了安装、改进和调试,解决了立井箕斗装载超重对立井提升机造成不良影响的问题,有力促进了区域瓦斯治理工作。     

参考模型模糊控制在液力控制系统中的应用

将参考模型的概念引入模糊控制中，用参考模型规定系统控制的期望性能指标。该方法应用于渣浆泵调速型液力耦合器调速液位控制系统，在干扰流量变化很大的情况下，均获得了满意的控制效果。     

控压钻井气侵流动分析模型研究与应用

控压钻井(managed pressure drilling,MPD)发生气侵时,可通过实时动态压力控制在保持井底压力恒定的情况下实现气侵有效控制与安全排溢,气侵安全控制的关键是实时准确地井筒流动分析。通过理论分析建立了考虑侵入流体在不同类型钻井液中溶解析出影响的井筒气液两相流模型,考虑动态回压影响,给出了不同控压钻井模式下模型求解的初始及边界条件。基于有限差分法充分考虑不同控压模式下的压力动态调节对气体滑脱、相态变化的综合影响,给出了该模型的求解流程。运用全尺寸模拟井筒气侵测试数据对模型进行了验证分析,运用该模型对页岩气水平井控压钻井气侵控制进行了计算分析。结果表明,该模型具有较高的精度,能够很好地为控压钻井气侵控制与分析提供技术支持。     

Application of a Numerical Model of Solid-Liquid Hammer in Pipeline Transport

The water hammer in pipelines for the transportation of plumbum and Zn mining tailing, supplied by centrifugal pumps, was studied by a numerical model of water hammer for pseudo-homogeneous solid-liquid flows. The simulation results were in good agreement with earlier experiments. The simulation result of air tanks installed on pipelines proved that the installation of air tanks is the most effective measure to reduce the water hammer associated with return flow caused by rapid closing of check valves. Other effective measures include the use of longer check-valve closure time or installation of the relief valves on the lower segments of the pipelines.     

船闸扇形门静力数值分析

基于有限元分析软件ANSYS,建立了南通九圩船闸扇形门下闸首的有限元模型,分析了支座反力及闸门在不同工况下的变形及应力分布规律,对闸门强度与刚度进行了校核．结果表明,闸门结构满足设计要求．所做研究对同类闸门结构设计具有指导意义．