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.     

热带太平洋地区HYCOM模式不同垂向坐标设置对比研究

基于挪威南森环境遥感中心改进的NERSC-HYCOM模式,对热带太平洋海域进行了多个不同垂向坐标设置的试验分析,探讨该海域不同垂向坐标设置对于模拟热带太平洋温度场和流场的影响,并设计了一个改进型方案.通过对比分析赤道海区海温、纬向流速的水平和垂直分布及其变化,得到以下主要结论:1)与密度相关的混合坐标模式对位密的选取是敏感的,NERSC-HYCOM模式应用于太平洋应选择适合太平洋的位密设置.2)具有较高垂向分辨率的单一z坐标或单一σ坐标模式能较好地模拟热带开阔大洋上层的温度场,但大洋边界处模拟效果稍差;单一σ坐标模式模拟的表层流场、双坐标σ-z模式以及上层z坐标分辨率不高的σ-z-iso混合坐标模式模拟的海温场和流场均不能令人满意.3)σ-z-iso混合坐标模式上层z坐标的分辨率对模拟效果影响较大,模拟热带太平洋海洋环流和海温应该采用较高上层z坐标分辨率的σ-z-iso混合坐标模式.     

一类奇异摄动抛物问题的移动网格方法

对于一类奇异摄动抛物问题,研究基于向后欧拉差分格式下的移动网格方法,给出了一种移动网格算法.数值实验表明,移动网格算法改进了均匀网格下求解的结果.     

澳门周围水域潮汐流动的数值模拟

采用有限体积法求解二维浅水流动方程,建立了一种在非规则结构化网格上数值求解平面二维浅水流动的数值方法,其中应用Roe格式计算数值对流通量,并通过MUSCL途径插值界面状态,以对水位插值代替水深插值来消除地形变化对格式的影响;对源项采用分步法及半隐式求解,防止了源项引起的计算不稳定;处理动边界采用人工小水深的方法.应用于澳门水域潮流的模拟,计算结果与实测吻合较好.     

简支欧拉-伯努利梁动力响应的无网格精细计算流程

基于无网格方法和精细积分方法,提出一种用于欧拉-伯努利梁动力响应求解的新算法.研究该算法的计算原理、实现方法,并给出数个典型的数值算例.该方法利用无网格方法进行空间自由度的离散,采用精细积分方法对时域积分,采用修正变分原理满足边界条件、最小二乘法进行插值,龙贝格算法进行数值积分.数值计算结果表明,此方法计算量较小,精度高,稳定性好.     

崖门水道悬沙输运及底床冲淤特性研究

针对感潮水道独特的水动力特征和泥沙输移情况,同时考虑径流、潮流等多种动力因素共同作用,建立了三维悬沙输运及床面冲淤数学模型.水平方向采用非结构三角形网格,垂向采用σ坐标,利用有限体积法离散积分形式三维浅水守恒方程,对每个控制体单元分别进行水量和动量平衡计算.利用模型对崖门水道的悬沙分布和输运情况进行了数值模拟,对泥沙浓度场的分布特征进行了分析,并对底床冲淤变化进行了定量计算.     

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。     

澳门周围水域潮汐流动的数值模拟

采用有限体积法求解二维浅水流动方程,建立了一种在非规则结构化网格上数值求解平面二维浅水流动的数值方法,其中应用Roe格式计算数值对流通量,并通过MUSCL途径插值界面状态,以对水位插值代替水深插值来消除地形变化对格式的影响;对源项采用分步法及半隐式求解,防止了源项引起的计算不稳定;处理动边界采用人工小水深的方法．应用于澳门水域潮流的模拟,计算结果与实测吻合较好．     

飞行器操纵面嗡鸣的非结构网格并行计算方法

为了数值模拟飞行器操纵面的嗡鸣现象,在集群计算机MPI并行计算环境下建立基于三维非定常欧拉方程耦合结构运动方程的嗡鸣计算方法.气动流场求解采用基于非结构网格的中心有限体积法进行空间离散,时间推进采用双时间方法,结构运动方程采用Adams预估校正方法求解.针对翼面与操纵面缝隙间存在的网格运动问题,在非结构网格系统上采用Delaunay图映射方法实现网格的运动变形.最后,使用飞行器操纵面标准嗡鸣计算模型对计算方法进行验证,结果表明:所建立的并行计算方法正确,程序具有很好的计算效率,能够对飞行器操纵面嗡鸣进行高效的数值分析.     

建筑结构非定常绕流风场的数值模拟方法

给出了一种适用于计算建筑结构非定常绕流风场的大涡数值模拟算法.该算法基于有限差分法,采用曲线坐标结构网格,能精确描述形状复杂的物面边界,为下一步准确模拟含有因结构受风变形所致运动边界的绕流场奠定了基础.该算法采用投影法解耦纳维-斯托克斯方程中的压力和速度,对非定常流场的时间步进采用二阶Adams-Bashforth方法.采用同位网格以减少计算所需内存,为了平抑同位网格下中心差分格式导致的固有压力波动现象,计算对流速度时采用Rhie-Chow动量插值方法,利用编制的曲线坐标系下大涡模拟数值计算程序,对德州理工大学(TTU)建筑足尺模型绕流风场进行了模拟,所得结果与现场实测和风洞试验结果进行了比较.结果表明,本文算法是建筑结构非定常绕流风场数值模拟的有效方法.     

σ坐标系海洋模式中水平压力梯度的一种算法

在有海底地形的海洋环流模式中,水平压力梯度的计算是一个困难的问题,在大陆架附近,海底地形变化很大,水平压力梯度的误差往往使计算不稳定,或都海流的计算结果不可信。     

Dynamical framework with blocking topography coordinates for atmospheric GCM and its validation

The dynamical framework with Blocking Topography Coordinates (hereafter, BTC), which is suited to handle the steep topography for the atmospheric general circulation models, is presented in this paper, together with its validation results. The integral properties of both the differential and finite-difference equations for the BTC dynamical core are: gross mass conservation, quadratic conservation for advection terms, Coriolis force does not change the kinetic energy, conservation of total available energy. The improved nonlinear iteration scheme is utilized for the time-integration. The energy conservation for BTC dynamical core is validated by using the integration results from 9-layer and 21-layer version respectively. Comparison results show that, the changes of the kinetic energy and total available potential energy during the integration are quite close for both the BTC dynamical framework and the dynamical framework of IAP 9-level and IAP 21-level AGCM, and this may suggest that the BTC dynamical core can be used for long-term integration with good computational stability. Furthermore, the BTC dynamical core has the advantage over the terrain following (sigma) coordinates in its better representation of the influence of the large-scale topography on the atmospheric general circulation. Finally, the correctness and reasonableness of the BTC dynamical core has been further proved by the numerical simulation of the topography influence on the quasi-stationary planetary wave with 21-layer version of BTC dynamical framework.     

三维抛物型流动问题的非错列网格计算方法

用控制容积有限差分法计算三维抛物型流动，通常要把三个速度分量分别定义在三套相互错列的网格上，以消除不皮形场对解的真空性所产生的影响。网格的错列使得计算过程和程度变得相当复杂，造成了应用上的困难。本文利用虚拟网格和插值技术，在网格不错列的的前提下，建立了三维抛物型流动的新的计算方法。对典型流动问题的计算结果与实验数据、近似分析解以及用错列网格方法计算的结果一致。这种方法对简化述化床悬浮空间内的气－…     

曲线坐标系下非均匀水流中波浪传播的数值模拟

利用自适应网格技术，建立了曲线坐标系下缓变水深水域非均匀水流中波浪传播的数值模拟模型。将椭圆型非均匀水流中波浪传播的联合折射-绕射方程化为依赖时间变化的抛物型方程，并以此作为控制方程，克服了一般抛物近似方法的缺点；从开边界条件、不同反射特性的固壁边界条件相统一的表达式出发，对边界条件进行处理；用ADI法数值求解控制方程。验证结果表明，模型能适应复杂的边界形状，可以较好地模拟复杂边界条件下波浪传播过程中的多种物理现象，克服了以往各种代数坐标变换的局限性，有效地反映了水流对波浪传播的影响。模型的模拟结果可供实际工程参考使用。     

一种Lagrange格式及重映算法

从积分形式的二维Lagrange流体力学方程组出发，用有限体积格式进行计算，考虑压力梯度分布对速度和能量改变的影响，构造了在两个控制体上的动量方程的计算格式。在重映算法上，采用积分重映的方法，针对不规则的四边形网格，根据非结构网格的ENO插值的思想，构造线性插值多项式，由于利用其插值点自适应选取的特性，在物理量变化剧烈区域选取最光滑区域的点来插值，虽然不能保持单调性，但只允许出现非常小的振荡。数值结果表明了该方法的可行性。     

上三角网格上基于Lebesgue常数最小带缺项的二元重心有理插值

与传统的差值方法相比,重心有理插值具有很多优点,如小的计算量、数值稳定性好、无极点、无不可达点、有任意高的逼近阶等。文章在上三角网格上基于Lebesgue常数最小为目标函数构造二元重心有理插值插值,并采用离散的方法求出最优解。数值实例表明新方法的可行性。     

基于GIS的福建省农业气候资源小网格推算

在GIS技术支持下,采用趋势面分析方法对全省农业气候资源进行小网格推算,与通常所用的多元回归分析方法相比,提高了拟合精度,避免了分区建模引起的各个区域交界处农业气候资源要素值衔接不好、等值线不连续的麻烦.在小网格推算的基础上,对各农业气候要素的残差部分进行空间内插,以订正农业气候资源小网格栅格数据.将农业气候资源小网格推算模型计算的栅格数据与内插的残差栅格数据相加,即可得到经过小地形订正后的全省范围内每个小网格的农业气候资源栅格数据.     

长江口盐水入侵三维数值模拟

建立了河口区盐水入侵计算的三维数学模型。该模型将整个计算水域通过简单的坐标变换转换成单位方位，三个坐标方向的空间网络均可采用非均匀网格，对变换后的基本方程进行差分离散，水平方向的空间导数采用显式中心差分，垂直方向的空间导数采用隐式中心差分，三角方程用ＴＤＭＡ法求解。水位采用回代计算以提高精度。该模型运用长江口水域的盐水入侵计算，结果表明，算出的含盐度时空分布与实测一致。模型的主要特点是：变换简单、     

构造二元切触插值函数的一种方法

文章利用埃米特插值基函数的方法,构造了一种矩形网格上的二元切触插值函数,并给出误差估计。最后通过数值实例,说明该方法具有计算量低,构造过程公式化,便于编程的特点。     

SN型多元混合切触有理插值

提出了一类定义在矩形网格上的二阶多元混合切触有理插值格式,记作SNm,n(x,y).新的插值格式由Salzer型插值连分式和扩展的Newton插值多项式综合构造而成.数值例子显示相对于多项式插值格式,利用混合切触有理插值格式SNm,n(x,y)可以得到较小的逼近误差,特别地,对于存在渐近线的被插函数,实例表明新方法比传统的多项式方法具有更好的逼近效果.