密度分层流中的浮射流模拟

以垂向密度变化的环境流体为背景,采用k ε紊流模型,建立了垂向二维浮射流的数值模型.模型的求解采用有限体积法和SIMPLE算法.针对密度分层流中的浮射流实验,对垂向密度呈线性变化的垂直浮力射流进行了数值模拟,得到射流的密度场、射流轨迹、稀释度和射流宽度等的分布规律.通过数值模拟和实验结果的对比分析表明,两者吻合较好,所建立的垂向二维浮射流紊流模型能够比较精确的模拟分层环境中浮射流的水流状况和射流进入环境流体的混合状况.     

沈家河水库垂向二维水流的数值模拟

针对沈家河水库宽深比较小,相关参数如流速、温度的变化水平横向比垂向变化较小,建立垂向二维水流模型,在垂向做 变换,将变域变为规则区域,通过采用有限差分等方法进行计算,对沈家河水库的二维水流模拟结果的恰当的,建立的模型有正确的。     

垂向基于谱方法的三维弯道水流模型

传统平面二维水动力模型模拟弯道水流时,将流速垂向分布固定化,不能随边界变化和二次流发展进行调整,而垂向完全自动调整的三维水动力模型计算效率低。该文采用谱方法将平面流速的垂向分布用正交多项式表示,通过加权余量法建立简易三维模型,对流项采用基于Gauss点的半Lagrangian法(semi-Lagrangian scheme,SLS)计算。由急弯弯道水流试验验证可知,多项式阶数大于1时模拟结果较好。弯道主流线位置预测整体误差不超过7%,精度和传统的三维水动力学模型相当。对涡黏性系数简单求解,但考虑了垂向和水平方向的差异性,能够得到合理的弯道水流结构。垂向基于谱方法建立的三维模型,无垂向网格离散,计算量明显减少,获得了与平面二维模型相当的计算效率。     

三维海洋紊流模型对杭州湾附近潮流场数值模拟

采用一种半隐式三维海洋紊模型对杭州湾及长江口附近潮流进行了数值模拟,该模型在垂上向采用σ坐标,可以较精细地处理表面和底层,较好地模拟地形的垂向变化和密度分层对潮流场的影响,潮汐流的潮位和潮流速的二维、三维模拟结果与实测结果符合良好。     

油田注采诱发地表变形规律及控制方法研究

根据大庆油田南二区大地三维形变测量结果,研究地层压力变化引起地面垂向变形的规律,并提出地表垂向变形计算的数学模型,通过有限元法对大地垂向变形情况进行了数值模拟,数值模拟结果和测量结果对比,显示了模拟方法的可靠性.最后基于数值模拟和现场测量,提出了控制油田地表垂向变形的方法.图3,表5,参8.     

黄海冷水团水域物理—生态耦合数值模式研究

以物理－生态耦合数值模式为研究手段，对黄海冷水团水域叶绿素和营养盐垂向分布的季节变化进行了研究。模式成功地揭示了叶绿素和营养盐垂向分布季节变化的主要特征，叶绿素垂向分布最大值形成和演变过程、两次大量繁殖期及物理过程对其夏季垂向结构的影响。与实测资料比较表明：数值模拟结果与实测结果具有较好的一致性。     

河道三维错层的水流泥沙数学模型

应用垂向坐标变换,结合水平有限元、垂向有限差分的分层方法建立了河道拟三维水流泥沙数学模型．对过流断面变化剧烈的河段提出了错层计算方法,弥补了同层网格垂向落差较大的分层模型缺陷．利用水流泥沙理论解对模型计算结果进行了验证．采用该模型对海河下游河段穿河隧道施工过程中主体隧道悬浮于主流区时的水流泥沙情况进行了数值模拟,流速模拟结果与半理论半经验公式估算结果基本一致,为明渠流和河道中悬浮建筑物下压力流的混合计算提供了一种新的计算方法,拓展了三维分层水流泥沙数学模型的应用空间．     

水库溢流式取水口下泄水温数值模拟

水库溢流式取水口作为一种有效缓解下泄低温水的分层取水措施,得到了越来越广泛的应用,糯扎渡水电站拟采用溢流式取水口.为较好地模拟取水口前库区复杂的地形边界,采用σ坐标系,建立了糯扎渡水电站溢流式取水口下泄水温的三维数值模型,数值模拟结果得到了物理模型试验结果的验证.在水库水温分布已知的条件下,数值模拟了取水口不同引水流量和开启组合的下泄水温.取水口引水流量越大,下泄水温越高;下泄水温提高的幅度,不仅取决于引水流量,还取决于水库水温垂向分布.取水口开启组合对下泄水温影响较小.     

基于动柔度法的车-线-桥垂向耦合振动分析

利用动柔度的思想建立高速铁路车辆-轨道-桥梁垂向耦合动力学频域模型。将车辆看作具有10自由度的多刚体系统,推导出车辆系统的动柔度;将钢轨看作无限长Timoshenko梁、轨道板简化为自由-自由的Euler梁、桥梁简化为简支Euler梁,扣件系统和CA砂浆层用线性弹性阻尼单元模拟,从而建立线-桥垂向动力相互作用系统,利用动柔度的思想求得线-桥垂向动力相互作用系统的动柔度;利用线性化Hertz接触理论,将车辆系统与线-桥垂向动力相互作用系统耦合成车-线-桥垂向耦合振动模型。分别求解单位简谐激励、轮轨几何粗糙度激励下的轨道系统和桥梁结构的动力学响应,最后结合虚拟激励法求解轨道谱激励下的轨道系统和桥梁结构的随机振动响应。研究结果表明:利用动柔度思想建立的频域车辆-轨道-桥梁垂向耦合动力学模型,具有逻辑清晰、求解快速的特点,能够直接求解系统在频域的动力学响应。     

开敞性水域水流三维数值模拟

针对开敞性宽浅型水域的水流结构特性，以静压假定建立垂向水深无量纲水流运动三维计算模式，并引入ｋ－ε紊流模型求解垂向紊动粘性系数，连云港实例计算表明，模式计算结果合理，精度高。     

二级网调峰集中供热系统运行调节方案

二级网调峰集中供热系统能够很好地适应由室外气温变化引起的用户负荷变化.通过建立集中供热系统设计工况、调峰运行和非调峰运行工况的热平衡方程,研究该类系统的运行调节方案,推导得出运行调节水温的求解方法.对某供热系统进行模拟实例分析,确定了采用不同调节方案时系统的运行调节参数.同时确定了热力站换热器一级网侧设计进出口水温为130℃和80℃,二级网侧设计进出口水温为60℃和81℃.对比各方案的优缺点,得出运行调节的最优方案:一级网在调峰运行时采用量调节,非调峰运行时采用质调节;二级网采用分阶段改变流量质调节.     

Chebyshev多项式在锚链分析中的应用

依据水流作用下锚链的数值分析模型，提出了应用Chebyshev多项式拟合建立锚链张力与锚链顶端位置函数关系的近似方法，该锚链函数多项式可方便地用于波浪与锚泊结构物相互作用的实时模拟中。计算中按静水和有流两种情况，应用二维和三维Chebyshev多项式，建立了锚链顶端水平和垂向拉力与锚链顶端水平、垂向位置，及水流速度的函数关系。锚链分析模型采用分段外推－校正方法计算，在无流、均质锚链情况下，计算结果与解析解完全吻合。     

罩式退火炉热过程数学模型与实验验证

考虑对流板复杂的几何结构,建立三维模型,采用正交试验法模拟获得流量、外径和炉内温度对炉内各处努塞尔数Nu分布的影响,得到流量在考察的3种因素内流量的影响作用最强的结论。接着进一步分析Nu随流量的变化,并拟合得到各处Nu与流量的关系式;为了解决炉内复杂几何形状条件下的辐射换热角系数求解问题,采用Monte Carlo方法建立炉内辐射换热角系数求解模型,并最终采用热辐射网络图法求解炉内辐射换热。通过现场进行热电偶插片实验验证本文所建立模型的准确性。研究结果表明:模拟计算得到的温度与现场实测值基本一致,证明了模型的准确可靠性。     

黄海冷水团水域物理-生态耦合数值模式研究

以物理-生态耦合数值模式为研究手段,对黄海冷水团水域叶绿素和营养盐垂向分布的季节变化进行了研究.模式成功地揭示了叶绿素和营养盐垂向分布季节变化的主要特征,叶绿素垂向分布最大值形成和演变过程、两次大量繁殖期及物理过程对其夏季垂向结构的影响.与实测资料比较表明:数值模拟结果与实测结果具有较好的一致性.     

三维陆架模式及其应用——一个三维陆架模式及其在长江口外海…

建立一个σ坐标系下三维非线性斜压浅海与陆架模式，并首次应用于夏季长江冲谈水扩展的天空，模式计算区域为整个中国海，水平分辨率为７．５′×７．５′垂向分辨率为１１层，考虑实际海岸形状和海底地形，在中空完全交错的网格系统上，离散化控制方程组，采用ＡＤＩ计算方法数值求解，动量方程中的非线性项采用二次能量守恒的半动量格式，温盐方程中的平流项采用迎风格式，垂向涡动扩散项采用隐式，数值试验结果基本再现了伸向东北     

张力腿平台筋腱动力特性分析与校验

为提高张力腿平台和立管与筋腱之间的动态耦合计算结果的准确性,更好地模拟平台的筋腱系统,运用势流理论,依据南海油气田开发既有资料,使用SESAM软件对一座传统型TLP平台张力筋腱进行分析。考虑筋腱和立管的实际工程设计,采用分段构建系泊系统的方法建立分析模型,并得到了频域下的附加质量系数和系统刚度矩阵。通过静水偏移模拟得到了平台系统水平及垂向刚度曲线和张力筋顶部张力,校验了系统质量和刚度的准确性。通过自由衰减模拟,验证平台固有周期,并采用规则波时域分析的方法求解了张力筋腱张力幅值响应算子(RAO)。结果表明,分段建模能很好地模拟实际工程中的张力腿平台(TLP)平台刚度,系统水平刚度与垂向沉降校验和自由衰减模拟可以更好地保证计算模型的正确性。     

二维物体入水数值模拟

基于势流理论和边界元法模拟了二维剖面以恒定速度入水问题,采用双点模型处理自由面物面交点、4阶龙格-库塔法对自由面进行迭代求解,并利用自由面平滑技术和网格重新划分技术阻止自由面不稳定现象,根据射流区截断模型处理射流区,采用辅助函数法求解物面压强分布以保证数值解的准确性和稳定性.探讨了网格划分对数值结果的影响以及剖面斜升角对最大压强值以及垂向力的影响.预报了不同斜升角的V型剖面的自由面形状和剖面压强分布、最大压强值以及垂向力,并与相似解进行了比较.比较结果验证了本文方法的有效性和准确性.     

自主水下机器人强制自航下潜的类物理模拟

为提高自主水下机器人(AUV)下潜的安全性和稳定性,需对AUV自航下潜操纵运动进行精确预报.为此提出建立载体全物理模型,模拟螺旋桨运动,编写用户自定义函数(UDF),求解雷诺平均N-S方程,实时预报载体强制自航下潜运动受力和流动特性的类物理数值模拟方法.该方法采用多块混合网格和动区域法,能提高动网格数值模拟的精度和计算效率.数值方法通过AUV自航试验的速度对比进行了验证.将该方法应用于AUV强制自航下潜模拟,结果表明:初始启动时,载体加速度较大,将导致AUV有较大纵向和垂向阻尼;在载体纵倾变化过程中,载体垂向力幅值较大且振荡,螺旋桨尾迹有扭转趋势,螺旋桨推力变化;在载体定向直航下潜中,螺旋桨推力和载体阻力较为稳定.     

模拟一级和二级反应同时发生的化学反应动力学过程软件的开发

物理化学实验中一级和二级反应同时发生的化学反应动力学过程,其实质是一个求解一阶常微分方程的过程.采用Visual Basic 6.0语言,用四阶龙格-库塔法求解,开发了模拟一级和二级反应同时发生的化学反应动力学过程软件,其功能是根据设定的参数计算出参与反应过程中反应物的浓度随时间变化情况,可以直观地看到该反应动力学曲线,并可输出计算结果和图形.     

1/4车-路耦合动力学模型研究

将车辆简化为1/4车模型,路面结构视为地基梁或地基板,建立车-路耦合动力学模型;通过引入动态接触算法,采用直接积分法求解,比较了车-路耦合动力学模型与静力模型结果的差别;讨论了两种模型在车辆非悬挂系质点垂向加速度、车-路耦合作用力、路面板动弯沉、动应变、接缝嵌缝料剪切应变和接缝传荷效率等的异同.结果表明,两种模型的非悬挂质点垂向加速度、车-路耦合作用力、路面板动弯沉和接缝嵌缝料剪切应变等具有较好的一致性,在动应变及接缝传荷效率等方面有一定差异;地基板模型可很好地模拟移动车辆作用下混凝土路面结构的动态响应,而地基梁模型可高效地用于路面结构的接缝传荷、嵌缝料振动模拟.建立的模型可用于水泥混凝土路面动态响应分析和路面性能评价.