过渡段对连续弯道水流影响的数值模拟

通过分析不同长度的过渡段对连接连续弯曲河道后弯水流的影响,探讨航道整治工程设计中过渡段长度的确定依据。在模型试验资料验证的基础上,采用RNG k-ε湍流模型和VOF方法处理自由水面的水气两相流数学模型,对连续弯道水流进行模拟计算。对比不同过渡段长度条件下后弯水流特征的变化情况,发现增加过渡段长度可以减弱前弯对后弯水流的影响。当相对过渡段长度大于一定数值后,后弯的特征水流情况保持稳定,增加过渡段长度所引起的减弱前弯水流对后弯水流影响的效应基本丧失。以后弯水流条件趋于稳定为特征定义临界过渡段长度,可作为航道尺度设计中过渡段长度取值的计算基础。     

变态对河工模型中弯道水流相似性的影响

河工模型采用变态模型,其相似性会受到影响。采用平面二维模型,在数学模型的基础上,计算变率使河工模型弯道水流在相似性上产生的影响。在河工模型的条件下,选取不同变态模型,对环流进行了计算,研究了变率对弯道水流的相似的影响,并给出了初步分析。最后得出结论为在变态的河工模型中,弯道的水流动力轴线在弯顶附近会变缓,而且横向水面比降会减小。     

基于多松弛格子玻尔兹曼的弯道水流三维数值模拟

为研究弯道水流现象并且拓展格子玻尔兹曼(Lattice Boltzmann Method,LBM)在水利工程领域的应用,建立了弯道水流的三维多松弛LBM演进模型,其中包括水流自由表面模拟、弯曲固壁边界处理以及紊流模型耦合求解等关键技术。应用该模型模拟研究了不同流量下U型弯道的水流状态,得到了水位、最大水深平均流速以及紊动能等参数的分布规律。分析和实践表明,该模型能较好地模拟三维弯道水流现象。     

通用河网二维水流模拟模式研究

通过对流域河网二维水流模拟问题的分析,提出了一个通用化的河网二维模拟概化模式,该模式将河网二维概化为"树状"河道计算单元、"环状"河道计算单元、"十字型"河道计算单元等河网二维基本单元,对这些河道计算单元的求解,构建流域型河网一二维耦合模式的求解模型,并由此建立了通用化的河网二维水流数学模型软件系统。通过"树状"河道二维计算单元求解模型的推导与实现,验证了概化模式的可行性,表明该思路可以应用于大型流域河网一、二维水流模拟,具有很好的应用推广价值。     

分散流异常的二次指标远景评价

本文介绍一种分散流数据处理方法,是以区域成矿地质背景分析为前提,以地质体为单元划分区段,在相应地质体中典型矿床地化异常模式建立的基础上,提取特征元素组合、头尾晕指示元紊和具特征指示意义的元素,确定实用型二次评价指标.并举例说明应用效果.     

二维明渠非恒定流的格子Boltzmann模拟

根据二维浅水波方程的特点,应用由格子Boltzmann方程展开的多尺度方程,建立了一个能模拟二维明渠非恒定流的格子Boltzmann模型。通过对一维溃坝波和二维圆形溃坝波的模拟分析,验证了该模型的有效性。以某水电站尾水渠为例,模拟分析了由机组甩负荷和增负荷引起的水位波动规律,为尾水渠的设计提供了依据。     

不同围压时含孔洞模型裂缝扩展的 连续—非连续数值模拟

为了有效地模拟连续介质向非连续介质的转化,发展了一种拉格朗日元方法、变形体离散元方法及虚拟裂纹模型耦合且考虑四边形单元沿对角线开裂的连续—非连续方法。利用该方法,模拟了不同围压时含孔洞模型的变形—开裂过程,统计了拉裂缝及剪裂缝区段数目,监测了一些单元的最大主应力。研究结果表明:当围压较小时,初始拉裂缝首先出现在孔洞的顶、底部,然后向模型的上、下端扩展,在初始拉裂缝的左、右两侧的拉应力集中区中产生远场拉裂缝,随后在孔洞的左、右两侧出现剪裂缝,最后,剪裂缝贯穿模型;当围压较大时,远场拉裂缝数量较少,未充分发展,远场拉裂缝与剪裂缝的发展阶段的界限不分明。含孔洞模型的最大承载力的下降是由于孔洞左、右两侧的剪裂缝向外扩展造成的。随着围压的增加,开始出现初始拉裂缝的时步数目增大,初始拉裂缝两侧的远场拉裂缝数目变少、出现变晚。      

水库防洪优化调度的恒定出流模型及应用

现行水库洪水优化调度数学模型存在泄流闸门开度不断调整及时段间流量突变的问题。针对这些问题,将水库防洪优化调度数学模型分为时段内出库流量线性变化的瞬时出流模型和时段内出流不变的恒定出流模型。对于1个水库和1个防洪控制点所组成的基本防洪系统,应用矩形入流条件的河道洪水演进方法,以时段内恒定的出库流量为决策变量,构建水库防洪优化补偿调度数学模型。实例计算结果表明:恒定出流模型比瞬时出流模型占用的防洪库容减小0.05%~0.18%、最大下泄流量有增有减,即恒定出流模型既不劣于瞬时出流模型,也能很好地解决瞬时出流模型存在的问题。同时,实例揭示的水库二次补偿调节比等蓄量调度方式减小防洪库容10.6%,为确定水库的防洪库容提供了新的方法。     

基于动态物质流分析的中国铁二次资源回收潜力研究

新时代背景下,增强铁资源二次循环利用率,是中国钢铁工业摆脱国外铁矿石依赖,同时实现绿色低碳高质量发展的重要途经。为揭示铁资源二次回收规模,本文利用动态物质流分析(MaterialFlow Analysis, MFA),对中国铁循环规律、社会存量和二次资源潜力进行了分析。结果显示:(1)国内铁矿石供应不足,国外铁矿石进口为中国铁循环的重要来源。建国以来,中国累计净进口铁矿石中的铁物质达90.7亿t,实际铁资源消费量累计为120.2亿t。(2)2021年中国铁社会存量达97.9亿t,人均铁社会存量也达到了6.9t/人,但人均存量尚未达到发达国家平均水平,未来,铁社会存量会进一步增加,同时也将继续刺激铁矿石资源的大量消耗。(3)建国以来,中国铁资源理论报废量持续上升,累计达22.2亿t。到2050年,中国铁二次资源报废量达4.4亿～5.6亿t,铁社会存量规模也将达141.0亿～199.9亿t,充足的铁二次资源规模是缓解初级供应短缺的重要基础条件。基于研究结果,中国应该加快构建旧废钢回收体系,引导新型全废钢电弧炉冶炼工艺的开发设计,全面提高铁二次资源循环利用效率。同时,以“双碳”目标为契机,倒...     

压实流盆地油气运移动力学模型与数值模拟--以东营凹陷为例

针对压实流盆地“离心”式流体势场性质和泥质岩排流模式,建立了东营凹陷沙三段古水动力学概念模型和“准三维非稳定流”数学模型?将古水动力场均衡网格与压实-排流结点网格系统迭加,由达西定律和水均衡原理建立了水均衡差分方程,从而为古水动力学?古流体势场和石油二次运移数值模拟提供了数值方法?模拟结果表明,在东营期末(25Ma),高势区位于利津和牛庄洼陷中心,最大可达59000m2/s2,并向盆地边缘逐渐降低?油气由高势区向低势区呈“离心”式运移,这正是控制油气呈环?带状聚集与分布的区域动力学条件?模拟结果还显示,沙三段在明化镇期(5Ma)?东营期(25Ma)和现今,其石油的运移速度分别为30~40km/Ma?5~25km/Ma和5~10km/Ma,运移动力也因地质时间和空间而不同     

明渠弯道水流平均运动规律试验研究

利用高频粒子图像测速PIV(Particle Image Velocimetry)系统对明渠弯道水流进行了测量,在两种不同试验方式的配合下,不仅提供了大量高精度的平面二维流场数据,还成功重构了弯道水流的三维平均流速场,为深入研究弯道水流复杂的时均流动结构提供了试验依据。试验结果表明,由于弯道曲率不连续,水流主流区在弯道入口位于凸岸附近,随后在离心力的作用下逐渐转移至凹岸,并一直维持至弯道出口;凹岸顶托及环流运动导致不同横向位置处的纵向流速剖面近床面区域速度梯度及最大流速的位置沿程发生改变;弯道曲率越大,最大水深平均纵向流速转移至靠近凹岸一侧的位置离弯道入口越远;受上游直段二次流的影响,环流运动在弯道入口断面呈三涡结构,随后快速衰减为双涡结构;弯道主环流的强度沿程先增加后减小,涡核位置沿程往复摆动。     

平面二维水流泥沙数值模拟

基于三角形网格划分,采用有限元方法,建立了河道平面二维水流泥沙数学模型。采用质量集中的简化处理和预估校正的时间推进算法,较好地解决了有限元计算存储量和计算速度问题。以空腔流和突扩段两种情况为例对模型进行了检验计算,结果表明,模型能较好地模拟河道水流泥沙运动及河床变形情况,且计算稳定性好、速度快、精度较高。     

方腔回流区水流运动特性三维数值分析

建立了一个三维水动力学模型,对方腔回流区水流运动特性进行了模拟分析。数学模型以三维浅水环流方程为基础,在垂向空间引入σ坐标变换,采用高分辨率半隐有限元离散格式。计算结果与解析解及水槽试验数据吻合良好。应用该模型对方腔回流区的水流运动特性进行了计算分析,进一步揭示了方腔回流运动的非定常非对称不封闭特性、流动结构表现为竖轴环流与立面环流相叠加、流速沿垂线分布相对均匀等流动规律。     

基于MODFLOW的岩溶管道水流模拟方法探讨与应用

针对岩溶管道水流特征,选取广西寨底岩溶流域为研究对象,分别采用三维有限差分地下水流动模型(MODFLOW)中的Drain和River模块概化模拟岩溶管道特征,结合管道内上游、中游及下游三个观测孔对比分析两种方法的适用性,结果表明：末期等水位线图中位于管道两侧处流线均有形状突变,符合实际管道水流动态特征,且能模拟出管道内水位变化趋势。最后分析两种方法模拟管道水流的原理,Drain模块中岩溶管道仅起排水作用,不允许管道内水流流向周围含水层,而River模块允许岩溶管道水与周围含水层水流交换,因而相对Drain模块而言,应用River模块概化模拟岩溶管道更加精确。      

山区河流平面二维流场的数值模拟

针对山区河流边界地形复杂、水位及流速变化剧烈的特点,用"混合五对角法"建立平面二维数学模型并求解,进行水位和流速的数值模拟.利用嘉陵江重庆金刚碑-朝阳桥河段地形及5个横断面的水位和水深平均流速资料对此模型进行了验证,模型快速、准确地再现了该河段的水位和水深平均流速情况.     

明渠交汇水流阻力对平面二维数值模拟的影响

与顺直明渠水流相比,明渠交汇水流由于存在分离区和自由剪切面,其紊动特性引起的阻力较为复杂,交汇水流除床面阻力外还受到较强的阻力。基于数值模拟与实验比较分析表明,分离流与自由剪切流所产生的阻力(紊动粘性阻力)对于交汇水流数值模拟具有重要影响。同时,由于平面二维模型对二次流影响的忽略,断面环流较强时数值模拟会产生较大的阻力(环流阻力),而断面环流较弱时,交汇水流的三维特性相对较弱,采用平面二维模型和k-ε紊流模型能达到较好的模拟效果。因此,紊动及环流阻力的计算对交汇水流数值模拟的精度至关重要。     

两坝间河段通航水流条件的三维数值模拟

三峡工程建成后,三峡-葛洲坝之间的河段是宜昌至重庆河段船舶航行最困难的航段之一.建立了该河段的三维水流数值模型,计算三峡不同下泄流量下的三维流场,并根据计算结果与适航条件分析其适航区域.研究结果表明,当下泄流量不大于25 000 m3/s时,两坝间河段基本能满足万吨级船队的通航水流条件;当流量大于此值时,将会出现碍航区域,且随流量的增加,万吨级船队通航水流条件逐渐恶化.若适当提高通航标准,则通航流量可加大到45 000 m3/s.     

A numerical simulation of debris flow and its application

Debris flow is the flow of solid-fluid mixture and was treated as the flow of a continuum in routing in this study. A mathematical model was proposed to describe debris flow including deposition process and then solved numerically with suitable boundary conditions. Laboratory experiments were also conducted for comparison and calibration of the numerical results as well as for investigation of debris flow phenomena. The numerical model was also applied to simulate the debris flow caused by heavy rainfall in Tungman village of Hualien County located in the east of Taiwan on 23 June 1990. The simulated bed topographies in alluvial fan were in good agreement with those obtained from laboratory experiments and field observations.