基于区域嵌套与分解的城市风环境模拟方法研究

提出了适合城市风环境数值模拟的一个新的计算方法——嵌套计算方法。该方法首先对目标建筑群及其更大的周边环境建立大计算域并以较粗的网格进行计算,然后建立包含目标建筑群的子计算域并以精细的网格划分,以大计算域计算出的解作为子计算域的边界条件以实现区域嵌套求解。通过对两种建筑群布局的模拟计算,将该方法与传统方法计算的高精度解和中精度解进行对比。结果表明,本文的方法可以降低单次计算的网格数量,并且计算结果具有较高的精确度。     

非结构化网格嵌套波浪数值模拟

为了准确模拟射阳河口航道和港池水域的波浪传播,基于非结构化三角网格的第3代波浪模型SWAN(Simulation Waves Nearshore),采用非结构化网格嵌套技术,建立了大区域和浅海工程海域嵌套波浪数学模型;进行了大、小计算域波浪数值模型的验证,结果计算值与实测值吻合良好;计算了各种方案情况下港池及航道的波浪要素,可作为工程设计的科学依据.研究结果表明,通过应用网格嵌套技术,一方面在充分发挥非结构化网格波浪数学模型优势的基础上,大大减小了计算域中网格的数量,提高了计算速度;另一方面可以布置更加精细的计算网格,适应复杂的地形、曲折的岸线边界,提高计算结果的准确性.     

基于网格水滴的汇流模拟计算方法

为探究网格水滴汇流方法的预报精度及物理性质,并验证其在缺资料或无资料地区的适用性,以蓄满产流为原理,结合网格新安江模型进行产流计算,构建了基于网格水滴的汇流模型。以湿润地区屯溪及其嵌套子流域和半湿润地区东湾及其嵌子套流域为研究对象,假设嵌套子流域为缺资料地区,在不重新率定参数情况下对屯溪和东湾内部嵌套子流域进行模拟验证。结果表明：相同流域内,基于网格水滴的汇流模型综合模拟精度随着子流域面积减小而降低;模型在屯溪流域模拟精度达到甲级,其嵌套子流域模拟精度基本满足需求;在东湾流域模拟精度达到乙级,其嵌套子流域模拟精度除洪峰合格率外均达丙级;模拟结果验证了网格水滴汇流模型在缺资料流域的适用性。     

基于高阶谱差分和嵌套网格方法的三维无粘流动数值模拟

数值方法采用高阶谱差分格式,单元边界上的通量采用基于Roe格式的近似黎曼解,在嵌套网格上求解三维Euler方程.嵌套边界上使用了一种高阶紧致的插值格式.对三维亚音速定常无粘流动进行数值模拟,使用嵌套网格与单块网格得到的计算结果吻合很好.     

嵌套重叠网格的构造策略及其隐式切割

高质量网格的设计与生成是复杂流动CFD精确计算最主要的决定性因素之一．本文通过采用新颖的多层嵌套重叠网格策略、可靠的重叠网格切割准则、快速的多级网格切割方法和高效的隐式切割技术,发展了一种多层多块隐式嵌套重叠网格技术以及相应的多级多重网格流动计算方法．在生成嵌套重叠网格时,只需要初始网格和边界条件,而无需人工干预,实现了嵌套重叠网格的自动切割．对某级网格进行多重网格流动计算时,仅考虑该级网格的嵌套重叠切割处理,而忽略低级粗网格的网格切割影响,有效提高了流动的计算效率．两个典型的复杂流动算例的计算结果与实验值吻合良好,证明了本文方法的可靠性．     

火星探测转移轨道的鲁棒优化设计

以设计变量存在不确定的火星探测轨道设计模型为研究对象,采用最小最大鲁棒优化方法获得该模型的鲁棒优化解.在传统的最小最大方法的基础上,考虑了决策变量的扰动,提出了一种嵌套的差分演化算法.在该算法中,内层差分演化算法计算不确定域的最差目标函数值,外层差分演化算法获得全局的鲁棒优化解.通过试验对该方法的有效性进行了验证,结果表明:该方法适合于目标函数没有解析表达式、高度非线性的问题,实际工程问题中的不确定性不可忽略.     

基于三次B样条子区间法的嵌套方法

子区间法计算原理和物理概念明确、简洁,但仍处于条件稳定阶段.基于子区间法的基本思想,提出了子区间法的一种新的计算方法,即嵌套方法.通过时间域展开的基和维数,得到了关于嵌套方法的均匀分划的分段式三次B样条基函数Ωj(t)的具体构造方法,给出了嵌套方法的三次B样条位移元子区间法递推格式的一般形式.该方法对于时间域始末条件的处理较为方便,也为子区间法无条件稳定递推格式的实现提供了新的思路和途径.     

三维激光扫描多视点云拼接新方法

提出了一种新的多视点云拼接算法．该方法首先根据点云观测数据，以一个二维平面网格以及网格中各网点所对应的z坐标来拟合参考点云；然后采用公共点对法将目标点云概略拼合到参考网格点云；最后，计算目标点云中各点至网格点云中相应网眼的距离，并以所有这些距离的平方和最小为准则，采用最小二乘法迭代解算点云坐标转换参数．实例证明，该方法算法可靠，操作简单，计算效率高，具有很强的实用价值．     

基于动态嵌套网格方法的摆动翼型粘性绕流数值模拟

该文根据摆动翼型的流场特性运用动态嵌套网格技术将其划分为不同的子区,在不同的子区中使用不同的流动控制方程,以提高计算效率.对翼型生成一个随其摆动的相对较小较密的贴体网格,在它上面采用Navier Stokes方程;对整个流场生成了一个大的相对较稀的静止背景网格,在它上面采用Euler方程.两个网格间的流场信息交换通过动态嵌套网格技术来实现.通过与单块翼型网格的计算过程和计算结果的对比分析,表明该方法在不损失计算精度的前提下计算非定常问题时具有相对较高的计算效率.     

基于虚拟市场的网格资源分配策略

针对计算网格提出了一种基于虚拟市场的资源分配方法:以局部性原理为基础,建立虚拟市场区域,并以排序优化后的队首资源优先匹配策略实现计算网格资源的优化分配.然后分析了匹配有效性及分配策略的快速响应性;最后通过模拟试验证明了该分配策略有着良好的负载均衡性,且能够使资源提供者和消费者双方的满足最大化.     

动力降尺度方法在辐射雾大涡模拟中的应用

针对大涡模拟(LES)计算精确但耗费大量计算机资源的特点,采用动力降尺度的方法,把传统的边界层(PBL)方案与LES模拟相结合,利用WRFV3.7模式四重到五重嵌套网格,以华北地区一次辐射雾为例进行模拟,试图保留LES计算精确的特点,并减少计算机时。结果表明,动力降尺度方法能够准确地预报雾的发生,与同样水平分辨率的LES模拟相比,四层嵌套网格节省47.02%计算机时,五层嵌套网格节省67.67%计算机时,可以为未来高分辨率业务预报系统的LES模拟实现提供一种可能性。     

基于迎风LDQ方法解Burgers方程

以RBF作为LDQ方法的基函数,建立具有迎风格式的LDQ方法,将此方法用在解Burgers方程上,并与传统的无网格方法比较.该方法先要建立一个局部支撑域,在处理对流项离散时选用该局部支撑域,而在处理扩散项离散时根据流动速度的移动方向来选择局部支撑域,然后建立局部线性方程组,再推广成全局形式,以获得方程组的近似解.实验结果表明该方法具有较高的数值精度.     

正六边形二维场域电位的有限差分算法

以正六边形二维场域为例,建立了正三角形网格划分的有限差分法的计算模型,并通过MATLAB编程得到场域内电位分布的数值解和相应图形,对有限差分法的计算处理进行了讨论和分析.     

基于大涡模拟方法的闭口箱梁气动三分力系数识别

以苏通长江大桥主桥闭口箱梁断面为例,采用大涡模拟方法的动态Smagorinsky模式,计算了雷诺数与风洞试验相当的断面气动三分力系数,并与实验值及雷诺时均方法的结果进行了对比.同时也进行了二维计算域的计算,并对不同三维计算域尺度及网格分辨率进行了计算对比,计算得到了不同计算域及网格对计算结果的影响情况.     

基于目标层解分析方法的重水潜器多学科设计优化

采用一种新型的多学科设计方法———目标解析分流法进行重水潜器的概念设计。首先利用半经验法建立重水潜器的集成系统模型,并进行目标层解分析（ATC）优化模型;再应用增广拉格朗日惩罚函数松弛化方法,通过改进内外层嵌套式求解策略,减少内层循环病态子问题的求解计算时间,在内层循环得到收敛的同时,外层循环更新惩罚权重来获得可行解;随后改变惩罚函数权重,对比分析各种惩罚函数对求解效率的影响。由实验可得,应用增广拉格朗日惩罚函数松弛化求解的方法,保持计算精度的同时也提高了计算效率。最终获得的系统最优解与多维的一次设计优化问题所得到的最优解非常接近,证明了多学科设计优化能充分利用不同学科之间的相互作用所产生的协同效应,从而获得系统整体的最优解。     

星际转移发射机会搜索方法

针对星际探测任务发射机会搜索中,等高线图法计算量大和基于遗传算法的搜索方法难以得到精确最优解的问题,提出了一种混合搜索方法.该方法根据探测任务要求,定义待搜索目标函数,并确定搜索域;结合Lam-bert定理与Gauss算法对该问题进行降维;采用全局-局部混合搜索方法求解,解决了传统方法计算量大、计算效率低、求解最优解困难的问题.以1627 Ivar小行星的交会任务为例验证了该方法,其结果表明,采用混合搜索方法可以快速获得最优的星际转移发射机会.     

组合网格法在搅拌摩擦焊接数值模拟中的应用

讨论组合网格法(Composite Grid Method,CGM)在有限元程序自动生成系统平台(Finite Element Program Generator,FEPG)上的具体实现.该算法在整个求解区域上采用粗细两套网格求解,不要求规则网格和粗细两套网格嵌套,两套网格单独剖分、互不影响,能处理复杂的问题.该算法用于实际工程计算的迭代次数少, 与常用的有限元方法所求得的解相符合,具有更加广泛的应用范围,符合科学和工程计算的实际要求.对搅拌摩擦焊接问题使用组合网格法进行数值模拟,取得了理想的仿真结果.     

子牙河流域社会经济需水量数学模型

采用数学模型方法,建立了基于单元分析方法的流域社会经济需水量数学模型.通过收集、整编和模化2008年子牙河流域社会经济资料、地理环境资料和相关气象资料,对模型进行调试,分别计算了2008年子牙河流域生活、工业和农业需水量.通过模型计算得到了子牙河流域居民生活需水量、工业需水量和作物冠层的理论蒸腾蒸发量ET0的等值线分布,给出了2008年子牙河流域ET分布图和流域山区、平原年际ET对比图.利用2003年的生活、工业和农业资料对模型进行了验证,模型验证值与统计值基本吻合.模型较系统地给出了社会经济需水量模型设计思想.将流域按背景网格模化,使背景网格与行政区域需水量相关联,行政区域与整个流域需水量相关联,为水资源的利用和规划提供了一种数学模型研究方法.     

一种基于网格的多目标优化方法

工程设计优化大多为多目标、非线性和隐函数的数学规划问题,通常需要用黑箱商用或专用有限元分析软件的模拟结果进行目标评估.这种计算密集型任务导致巨大的计算消耗.为此,将黑箱优化方法和网格计算技术用于工程优化设计领域.首先,通过拉丁超立方取样在设计域内得到了一个分布相对均匀的样本集合,利用这些样本建立工程优化的克里格（Kriging）替代模型;然后,发展了一种与网格计算技术相结合的优化权系数的网格黑箱多目标优化方法（GBMO）,并获得一系列按权系数分布的Pareto解.该方法已经在中国国家网格（CNGrid）环境中实现.工程优化实例表明,该方法有很高的优化效率和加速比,适用于国家网格计算环境下的工程设计优化.     

数学模型在码头行洪纳潮影响问题的应用研究

建立较大范围的一维河网潮流数学模型嵌套局部平面二维数学模型,运用有限差分Pressimann隐格式、三级联解、显示交错网格等方法和技术进行防洪纳潮影响数值模拟,为工程建设提供必要的依据。