二维溃坝问题的高分辨率数值模拟

对二维浅水方程空间方向的差分分裂,引入ＭＵＳＣＬ型的两参数限量函数,采用组合型的二阶ＴＶＤ格式,建立了浅水方程的高分辨率计算模型．以Ｆｒａｃｃｒｏｌｌｏ 等的部分溃坝实验模型为物理模型,模拟了该模型长历时的溃坝洪水演进过程,给出了典型位置的水位和速度计算并与其实验结果的比较．研究表明,在间断波附近,没有产生数值振荡,数值结果与实验数据相比除溃坝初期在口门附近的水位存在一定的差异外,其余位置和时刻吻合较好,特别是计算速度与实验测定值吻合更好．应用二维浅水方程和本文的高分辨率数值方法能有效地模拟溃坝波的演进过程．     

一维和二维溃坝波的混合有限分析解

针对水深平均二维浅水方程高分辨率模型,采用非交错网格下的二维对流扩散方程的混合有限分析法,运用SIMPLE算法结合Rhie and Chow的动量插值技术计算二维溃坝水流．一维理论解和其他格式的二维数值结果符合良好,表明非交错网格下的混合有限分析法能正确有效地求解溃坝问题．进而对部分溃决情况下的溃坝波传播和绕流问题进行了数值模拟,给出了精细的数值结果,揭示了复杂的运动特性,进一步表明混合有限分析法具有较强的溃坝波的捕捉能力,是求解溃坝流动的有效方法之一．     

弹丸跨声速粘性绕流数值计算

用数值模拟方法研究弹丸跨声速绕流的流动特性,数值模拟的出发方程为平均雷诺数的Ｎ－Ｓ方程,湍流模型有用Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ模型,数值格式为四阶的ＭＵＳＣＬ ＴＶＤ格式。     

平板超音速侧喷流绕流场数值模拟

该文利用显式二阶迎风ＴＶＤ格式对含侧喷流平板流场进行数值模拟。其计算结果表明二阶迎风ＴＶＤ格式较好地模拟了波系和涡系结构,为研究含侧喷流炮弹的增程机理以及参数设计提供了一定的参考价值。     

一维溃坝涌波的特征线-激波装配法

基于特征线上的相容方程和激波点处的间断条件,构造了一维溃坝涌波的一种拟合计算的显格式,并进行了一维矩形断面水坝瞬间全溃洪水波演进的数值模拟.数值模拟结果与理论解的比较表明,这种方法精度高,很好地模拟了溃坝涌波和展示了溃坝波的运动特性,是研究溃坝涌波一种高精度的数值模拟方法.     

溃坝洪水的二维算子分裂——特征线模拟

根据特征线法的基本原理，推导了一维浅水运动的特征线方程和相容性方程，构造了用于溃坝计算的显格式，模拟了一维矩形断面低坝全溃的洪水波演进过程，并基于算子分裂建立了相应的二维问题特征线数值格式，对瞬间部分溃坝时二维洪水波的演进过程进行了数值模拟。得到的数值模拟结果表明，这种方法精度高，有较强的渍坝涌波捕捉能力，展示了溃坝波的运动特性，为溃坝引起的灾害预测和分析及防灾减灾等工程问题提供一种有效的数值模拟方法。     

低耗散TVD格式的构造

目的　为进一步提高双曲型方程数值解的精度,减少数值耗散,同时保证稳定性,处理有强间断的流动问题; 方法　从总变差减小（ＴＶＤ）定义出发,分析保证数值解ＴＶＤ的条件,找出满足研究目的的可能性和途径; 结果　首次提出和证明双曲型方程数值解ＴＶＤ的充分必要条件,并据此简化导出适用于时间显示格式的ＴＶＤ充分条件,并据此构造了一种低耗散ＴＶＤ 格式; 结论　进行的数值实验证明,高分辨格式可以进一步减小数值耗散,提高数值解精度;     

基于通量分裂的一维溃坝洪水时空二阶精度格式研究

利用通量分裂方法和泰勒级数展开方法导出了圣维南方程组空间离散项的二阶精度格式,并采用Runge-Kutta方法计算时间离散项,使离散格式达到时空二阶精度。采用所建立的二阶精度格式对一维溃坝洪水进行数值模拟,从模拟结果可知,新格式具有自动捕捉激波的能力,数值解在间断波附近没有出现数值振荡,计算结果与理论解吻合很好,表明所建立的二阶精度格式能够很好地模拟溃坝波的演进过程。     

基于WENO格式的一维溃坝波的数值计算

应用高精度加权本质无振荡(WENO)格式构造了溃坝水流计算的数学模型,模拟了坝体瞬间全溃时洪水波的运动过程,并将计算值与理论解进行了比较。结果表明,WENO格式精度高,稳定性能好,能够很好地模拟溃坝波的演进过程。     

高精度格式溃坝波模拟

采用高精度WENO和MWNEO格式对二维浅水方程变量进行数值重构,研究分析高精度格式捕捉溃坝波的能力和分辨率.对浅水方程,采用Roe-Riemann格式和波传算法进行数值离散,并与以上2种重构方法两两结合成4种计算方法.采用Fortran语言分别对其进行编程计算.计算结果显示,高精度格式在捕捉溃坝瞬时基波延续推进的过程较好.在4种计算方法计算结果中,MWENO型波传格式模拟结果最好,捕捉溃坝波能力强,分辨率很高.     

WC-CMPS法对溃坝溢流问题的数值模拟

无网格粒子法(拉格朗日法)是计算流体力学领域最新一代的计算方法,由于不需要生成网格,无网格粒子法能够模拟任意形状的界面及其变形和碎裂,尤其适用于计算如溃坝溢流及波浪破碎等具有复杂自由表面运动的流体力学问题。其中,光滑粒子流体动力学方法(SPH)和移动粒子半隐式法(MPS)是无网格计算方法的典型代表。本文采用基于MPS法的修正弱可压缩移动粒子半隐式(Weakly Compressible Corrected Moving Particle Semi-implicit Method)法构建了用于求解自由表面流问题的数值计算模型,并用于模拟干床面与湿床面上的溃坝溢流问题。计算结果与实验结果的对比分析表明,采用基于WC-CMPS无网格法建立的数值计算模型对干、湿床面上溃坝溢流的溢流形态、水柱高度以及波前速度等均给出了良好的计算结果。     

一维溃坝问题的间断Galerkin方法

将间断Galerkin方法应用于一维溃坝问题中,采用了两种不同数值流函数,对其进行比较。使用TVDM,TVBM型的限制器,同时利用一种改进的限制器来消除振荡。与一种高分辨率TVD性质的差分方法做了比较。结果表明间断Galerkin方法得到了更加逼真的图像。     

通量与源项和谐的一维浅水方程离散方法

针对采用常规齐次浅水方程的解法求解非齐次浅水方程时,源项与通量不具有"和谐性"的缺点,提出采用van Leer通量计算模式处理通量,采用迎风特征分解处理源项,使得通量和源项具有相同的离散方式,构建了一种具有"和谐性"的数值方法,并对"和谐性"给出了详细的证明.由于"和谐性"并不能保证结果的高精度,引入满足TVD条件的通量限制器,提高了计算结果的精度和稳定性.2个标准算例验证表明,该数值方法具有"和谐性"、稳定性以及高精度特性.     

二维非结构网格的一个TVD型有限体积方法

文章将有关文献提出的有限差分算法应用到有限体积方法中,在无结构任意三角形网格上建立了一种守恒型有限体积的高分辨率算法,该方法简单易行,应用改进后的算法到二维浅水波方程的求解上,进行了二维部分溃坝、圆坝两个算例的数值模拟,模拟结果表明:改进后的算法既有较高的激波捕捉能力,又能处理界面任意复杂的计算问题。     

高超声速双锥体绕流的数值计算与流场分析

 双锥几何外型的高超声速绕流问题涉及激波-激波相互干扰以及激波-边界层相互作用等复杂流动现象,是计算流体力学领域的热点问题,常被作为此类复杂流动的典型算例。本文从守恒型Navier-Stokes方程组出发,考虑了非平衡态气体的振动激发过程,采用高分辨率TVD有限差分格式研究了5种来流马赫数（15.56,10.34,9.59,8.20和8.06）,2种气体环境（纯N2和纯O2）,以及2种双锥外型（尖头体和钝头体）的气动热力学特性,较详细地给出了上述各种情况下壁面热流密度分布以及气动力系数等重要参数,所得结果与国外相关实验数据吻合较好,初步显示了本文所编程序的有效性。对差分格式精度和典型限制器（minmod、van Leer限制器）进行比较,发现数值计算所得分离区大小受格式耗散性影响很大,其中使用van Leer限制器所得到的分离区大小与实验结果吻合得较好。     

双曲型线性方程三阶和四阶TVD格式的新构造

利用Taylor级数理论和总变差减小(TVD)格式的充分条件构造了时间二阶、空间五点三阶和四阶新TVD格式．给出了新TVD格式与传统TVD格式及近期建立的二阶新TVD格式用于线性双曲型方程的计算结果，表明本文新格式特别是四阶TVD格式具有比二阶新TVD格式和传统TVD格式峰值衰减更慢、间断更陡，而计算工作量具有与传统二阶TVD格式相当的良好数值性能．     

狭窄库区和开阔溃坝区溃坝洪水物模试验研究

提出的沿水发段加（减）糙方法，使狭窄库区模型在水深大幅度变动情况下，为满足水流对模型糙率的要求而同时实现重力相似和阻力阻似，提供了有效的解决途径，阐述了溃坝洪水试验模型设计布置，列举了实例，所采用的自动控制技术和量测试器设备，可模拟各种溃决过程并能获得所需的各项试验参数，指出了开阔溃区溃坝洪水演变的基本特性。     

光滑壁面明渠底壁切应力试验研究

在分析Preston管量测试验资料的基础上,对比了明渠均匀流和非均匀流的底壁切应力在不同水力条件下的规律,指出断面中心处底壁切应力、平均底壁切应力和切应力的分布等几个切应力公式在均匀流时适用,在非均匀流时不全适用.均匀流时,切应力在同一坡度下随流量的增加而增大,在同一流量下随坡度的增加而增大;非均匀流时,在相对水深相同时,其相对底壁切应力大致相同.