湍流普朗特数识别的随机抽样算法

在温排水等涉及热交换的环境水力学研究中,湍流普朗特（Prandtl, 简称 Pr）数是控制温度的主要参数。对于一个特定的问题,传统湍流 Pr数的确定方法主要采用经验法或试错法,因而具有一定盲目性和低效性。为了提高湍流Pr数确定的可靠性,采用马尔科夫链蒙特卡罗（Markov Chain Monte Carlo, 简称 MCMC）随机抽样的方法（Metropolis-Hastings 算法）来对湍流Pr数进行识别,其中湍流场计算采用了稳态标准 k-ε模型,温度场计算采用非稳态热传导方程。算例计算结果表明,MCMC方法对湍流Pr数的识别具有良好的适用性和较高的识别精度。     

水工结构的三维p型弹粘塑性自适应有限单元法

建立了三维p型弹粘塑性有限单元法的数 学模型，提出了其求解水工结构问题的自适应策略，编制了相应的计算程序，给出了具体算 例，计算结果表明三维p型弹粘塑性有限单元法，不仅计算精度高、收敛速度快，而且 具有升阶过程的可承袭性和网格剖分的简易性等优点，较易实现自适应过程，适合于求解大 型的水工结构非线性分析问题。     

求解对流—弥散问题的混合拉普拉斯变换有限单元法

本文提出一种求解对流－弥散方程的新算法－混合拉普拉斯变换有限单元法（ＨＬＴＦＥＭ）。该算法在时间域上求解是半新析的。在空间域中对拉氏空间离散化的微分方程求解是数值的。对拉氏变换后节点浓度值的数值反演采用高精度的Ｈｏｎｉｇ－Ｈｉｒｄｅｓ（１９８４）算法。数值试验的结果与解析解和Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元的解进行了对比，表明：ＨＬＴＦＥＭ计算精度高，稳定性好，一步到位。特别是对网格Ｐｅｃｌｅｔ数高达１００     

潜射导弹水下垂直自抛发射过程研究

研究了潜射导弹水下垂直自抛发射过程中的复杂多相流动问题。采用多相流mixture模型，考虑了流体的可压缩性、黏性、重力作用、气水掺混效应和能量交换等各项因素。应有限体积法（FVM）和Simple算法，求解气水两相混合介质的RANS方程和standard k-ε湍流模式。运用自编UDF模块和动网格技术，实现了导弹出筒过程中弹体运动与气水流场的耦合求解。计算结果揭示了潜射导弹水下垂直自抛发射过程中发动机喷管和发射管内复杂多相流动的演化、流场结构和流体动力特性。     

改进交替方向有限单元法求解对流—弥散方程

当Peclet数或Courant数较大时,用常规的数值方法求解对流-弥散方程极易产生数值弥散及过量现象。本文引入一种新的浓度变换函数,采用交替方向有限单元法(ADG),根据不同的Courant数多次交替求解,结果表明,这种改进的ADG法(IADG)较一般的数值方法来说,其数值弥散及过量现象得到了较有效的控制,因而其适用范围也大大增加。     

求解对流－弥散问题的混合拉普拉斯变换有限单元法

本文提出一种求解对流－弥散方程的新算法──混合拉普拉斯变换有限单元法（ＨＬＴＦＥＭ）．该算法在时间域上求解是半解析的．在空间域中对拉氏空间离散化的微分方程求解是数值的．对拉氏变换后节点浓度值的数值反演采用高精度的Ｈｏｎｉｇ－Ｈｉｒｄｅｓ（１９８４）算法．数值试验的结果与解析解和Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元的解进行了对比，表明：ＨＬＴＦＥＭ计算精度高，稳定性好，一步到位．特别是对网格Ｐｅｃｌｅｔ数高达１００的对流占优溶质运移问题，仍能较好地模拟浓度锋面的推移．     

具有底部沉积层的槽道湍流中高Schmidt数溶解氧输运特性的大涡模拟研究

该文采用大涡模拟方法研究了含有好氧细菌沉积层的槽道湍流中溶解氧穿越沉积层-水层交界面的高Schmidt数传质问题,并考虑了可渗透沉积层的各向同性属性和各向异性属性。采用动力学亚格子模型来封闭滤波后的三维不可压缩Navier-Stokes方程以及溶解氧浓度输运方程。基于壁面摩擦速度定义的Reynolds数为180,Schmidt数为373。修正的Darcy-Brinkman-Forcheimer模型和Monod方程用来描述底部充满好氧细菌的可渗透沉积层。通过流场和浓度场的统计特性如平均和脉动速度及浓度等物理量的研究,探究了不同沉积层参数对动量输运和溶解氧输运的影响。研究结果表明,随着流向达西数的增加或者各向异性程度减弱,对流扩散加快,Sherwood数增加,溶解氧消耗更快。     

地下水溶质径向弥散问题的混合拉普拉斯变换有限单元解

本文采用混合拉普接斯变换有限单元法，求解地下水溶质径向弥散问题，通过与精确解析解、数值解及砂槽试验资料对比，表明该算法效率高、精度好、能有效地克服数值困难。     

锥阀附近水力特性的数值模拟

采用有限体积法离散求解二维水流运动方程,辅以RNG k-ε湍流模型,模拟了锥阀附近的湍流流场分布,对于自由水面的处理采用了VOF法.通过对压力场、速度场以及流线的分析和试验,认为锥阀联合消能罩是一种有效的高水头消能工.     

丁坝附近湍流的二维数值模拟

采用有限体积法离散求解二维浅水方程,辅以RNG k-ε湍流模型,模拟了丁坝坝头附近的湍流流场分布,并将模拟结果和与水槽中的丁坝实验资料进行了比较和分析.结果表明,两者吻合较好,从而验证了模型的可靠性.     

基于广义极值分布和Metropolis-Hastings抽样算法的贝叶斯MCMC洪水频率分析方法

广义极值（GEV）分布是国内外洪水频率分析建模中广泛应用的一种概率分布。本文将水文频率分布线型的未知参数看作随机变量，通过基于Metropolis-Hastings抽样算法的贝叶斯MCMC方法估计GEV分布参数和设计时段洪量的后验分布，并据此进行极值洪水的频率分析。汉江流域丹江口水库年最大1日（3日、5日、7日）洪量频率分析的结果表明了本方法的有效性和实用性。主要结论包括：基于Metropolis-Hastings抽样的MCMC模拟在GEV分布参数的贝叶斯估计计算中行之有效；由于利用了与似然函数渐近性质无关的先验信息，贝叶斯估计方法得到的高分位数设计洪量的后验分布比经典统计方法得到的设计洪量能包含更多的信息，从而能表达由于参数不确定性而引起的预测不确定性。该方法能显著地通过分位数图、PPCC法、均方根误差法、K-S法等多种拟合优度检验方法，拟合效果不亚于其他常用的经典统计方法。     

改进MCMC方法及其应用

概率反演中，马尔科夫链蒙特卡罗(Markov chain Monte Carlo, MCMC)是一类重要的后验概率进行抽样方法，但由于各种原因MCMC算法搜索往往会陷入局部最优解，从而限制了MCMC方法在具有非唯一解反问题中的应用。鉴于此，提出了一种基于Metropolis-Hastings算法的多链搜索的方法，该方法可以根据搜索结果实时调整链的个数，因而在搜索到尽可能多的解的同时节省了多链搜索的时间。最后将该算法应用于地下水污染源反问题的求解，计算结果表明改进后的算法对求解具有非唯一解反问题具有良好的效果。     

基于FEPG的土坝流固耦合渗流稳定计算

基于土坝稳定渗流场与应力场的耦合关系,提出了稳定渗流方程和土体平衡方程的弱解形式,并根据该弱解形式和所设计的计算流程,按照有限元语言的语法规则,分别编写了线弹性土坝耦合场的全量算法和非线性弹性土坝耦合场的增量算法的脚本文件,借助有限元自动生成系统(FEPG)生成了FORTRAN有限元程序,并通过算例验证了本文所开发程序的正确性。     

大体积混凝土结构仿真应力分析快速算法及应用

用有限元法进行模拟大体积混凝土结构施工过程温度应力仿真分析时，计算规模大，计算步数多，计算工作量十分庞大。为提高计算速度，从减少自由度数和加快有限元方程组的求解速度两方面分别提出了超级元算法和改进的对称逐步超松驰预处理共轭梯度法(SSOR—PCG法)，并简单介绍了这两种快速算法及所开发的三维有限元仿真计算程序在三峡工程中的两个应用实例。     

基于混合变异策略差分进化算法的边坡滑裂面搜索研究

针对"基于反射变异策略的自适应差分进化算法"仍易陷入局部最优的问题,通过引入一个基本的变异策略提出一种基于混合变异策略(DE/current-to-rand/1)的差分进化算法。根据各变异策略生成成功子代的比率使用轮盘赌选择为各个个体选择合适的变异策略,以改善算法的全局收敛能力。将提出的算法结合有限元应力场应用于两个经典算例的边坡临界滑动面搜索及安全系数求解,与其他极限平衡法进行了对比,并使用其中一个算例作为计算模型与其他优化算法进行了收敛性能比较。统计结果验证了改进算法的性能更稳定且收敛速度较快,也验证了该算法结合有限元应力场求解边坡问题的有效性。     

曲率缓变型反弧段水流的时均特性

本文提出一种曲率缓变型反弧曲线设计方法，用激光测速系统研究了该反弧水流的时均特性，得出反弧段水流时均流速分布，壁面压强，壁面切应力及紊流边界层的沿程变化，与单圆弧反弧体型试验成果比较表明，的反弧曲率的连续缓变，使壁面压强分布和空化数变化缓和，消除了曲率突变存在的逆、顺压力梯度；过渡层紊流强度减小２０－３０％；切应力系数有所下降，反弧末端切应力系数Ｃ＇ｆ减小１０％，本文还对反弧水流紊流边界层厚度的变     

用局部间断伽辽金有限元法分析渗流场

把局部间断伽辽金有限元法(LDG)运用到渗流分析中,编制了LDG法渗流分析的计算程序,运用该程序对均质或非均质渗流场分布进行分析,把所得结果与解析解或一般有限元法所得结果进行比较,证明LDG法在渗流分析中是十分有效的。     

A SPLIT-CHARACTERISTIC FINITE ELEMENT MODEL FOR 1-D UNSTEADY FLOWS

An efficient and accurate solution algorithm was proposed for 1-D unsteady flow problems widely existing in hydraulic engineering. Based on the split-characteristic finite element method, the numerical model with the Saint-Venant equations of 1-D unsteady flows was established. The assembled finite element equations were solved with the tri-diagonal matrix algorithm. In the semi-implicit and explicit scheme, the critical time step of the method was dependent on the space step and flow velocity, not on the wave celerity. The method was used to eliminate the restriction due to the wave celerity for the computational analysis of unsteady open-channel flows. The model was verified by the experimental data and theoretical solution and also applied to the simulation of the flow in practical river networks. It shows that the numerical method has high efficiency and accuracy and can be used to simulate 1-D steady flows, and unsteady flows with shock waves or flood waves. Compared with other numerical methods, the algorithm of this method is simpler with higher accuracy, less dissipation, higher computation efficiency and less computer storage.     

Multi-dimensional analysis of soil moisture dynamics in trickle irrigated fields. I: Mathematical modelling

An approach is presented to model soil moisture dynamics in irrigated fields. A generalised conceptual model is proposed for moisture transfer in response to hydraulic and thermal gradients. A model to stimulate moisture extraction by roots is presented, based on a philosophy related to fundamental physical principles and recent experimental evidence. The combined models are interpreted numerically by the finite element method and a number of numerical techniques are developed to treat time-dependent, nonlinear and moving boundary conditions. The approach is sufficiently general and is independent of the method of water application being considered. Its benefits are particularly magnified in studies of localised irrigation, where complex soil-water distribution patterns evolve.