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.     

三维陆架模式及其应用——一个三维陆架模式及其在长江口外海…

建立一个σ坐标系下三维非线性斜压浅海与陆架模式，并首次应用于夏季长江冲谈水扩展的天空，模式计算区域为整个中国海，水平分辨率为７．５′×７．５′垂向分辨率为１１层，考虑实际海岸形状和海底地形，在中空完全交错的网格系统上，离散化控制方程组，采用ＡＤＩ计算方法数值求解，动量方程中的非线性项采用二次能量守恒的半动量格式，温盐方程中的平流项采用迎风格式，垂向涡动扩散项采用隐式，数值试验结果基本再现了伸向东北     

基于非静压方程的波浪破碎模拟

在保证数值精度的基础上,为了提高非静压波浪模型在近岸波浪传播破碎模拟中的计算效率,基于非静压方程模型(SWASH)建立了近岸波浪破碎数值模型.数值模型通过将描述波浪破碎的非静压方程退化为非线性静压浅水方程并引入波浪破碎后能量衰减的紊动模型以减少模拟破碎时的垂向分层数.利用斜坡、潜堤以及沙坝上的波浪破碎水槽实验对模型进行了验证.结果表明,所建立的模型只需要在垂向划分较少的网格层数,即可合理地描述波浪破碎点位置和破碎后波高,进一步提高了非静压波浪模型在实际工程应用中的吸引力和竞争力.     

隐式完全非静压模型求解三维自由面的Navier-Stokes方程

为了适应复杂环境水流模拟的需求,详细而准确地描述自由面流动问题,本文采用基于Navier-Stokes控制方程的有效的三维完全非静压模型。此模型基于变量可定义于不同位置的四边形交错网格下,利用时间空间均为二阶精度的隐格式对三维Navier-Stokes方程进行数值离散。同时,与顶层压强的动压处理方式相结合形成了完全的非静压数值离散模型。最后,通过对三维线性驻波和连接丹麦与瑞典之间海域的潮流场的模拟,结果表明它能够准确地预测水流的三维流动结构,而且计算简单高效,具有良好的数值稳定性。验证了当遇到短波高频问题时,完全非静压模型所得的结果与解析解或测量值吻合良好,与静压模型、表层静压假设的非静压模型相比具有很高的准确度,体现了非静压模型的精确性和实用性。     

风生环流的准三维数值模拟

本文在水平流速垂向分布表达式采用二次多项式的基础上,对二维浅水方程组中的动量方程进行修正,建立了风生环流的准三维数学模型.应用破开算子法求解考虑动量修正的深度平均方程,对破开后的两个分步分别采用隐式格式和预估-校正格式离散,得到了准三维数值解.验证计算表明该数值模式能用于模拟河口,水库和港湾内的风生环流,算法的稳定性好,收敛快.     

海洋环流的数值模拟

对三维浅水流方程,运用一种新的半隐式有限差分法求解,并对该法的有效性及精确性进行分析．将动量方程中的压强梯度和连续性方程中的速度,用θ法分离,其中θ可看作隐式参数．对流项和粘性项用欧拉一拉格朗日法离散．采用共轭梯度求解自由面高度η;采用Cholesky法求解差分点的速度．结果表明：当1／2≤θ≤1时,方法稳定;当θ＜1／2时,最精确、有效．以一个方形等深的理想海域进行数值实验,得到了良好的结果．     

基于非静压方程的波浪与孔隙结构物相互作用模拟

通过将Darcy-Forchheimer运动方程引入非静压方程中,提出了描述孔隙流体运动的非静压波浪模型.将所建立的数学模型应用到波浪与孔隙结构物相互作用的数值模拟中,并采用物理实验的实验值与数值解进行了对比,结果表明,所建立的模型在垂向只需要较少层数(2~3层)即可合理地描述孔隙结构物前后的波浪变形,为描述波浪与结构物相互作用提供了一种新的解决方案.     

圆柱绕流的非交错多层笛卡尔网格混合有限分析法

采用非交错多层笛卡尔网格离散计算区域，应用混合有限分析法(HFAM)离散控制方程，利用“壁法向插值法”处理不规则边界，以改进的动量插值法(MIM)解决压力锯齿波问题，立了一套完整的计算二维复杂边界流动的数值方法．通过低雷诺数圆柱绕流资料进行计算检验，计算结果与资料基本吻合，显示了本模型在不规则区域计算中的实用价值．     

VPS高阶有限差分正演模型

采用有限差分法求解声波方程．较好地应用吸收边界、自由边界及震源，成功地模拟了地下半无限非均匀介质中声波传播的物理过程；获得了能清楚分辨反射波、多次波、绕射波等各种波型的声波ＶＰＳ剖面．该方法可用于计算构造任意复杂的地震模型．用精度较高的四阶差分格式代替传统的二阶差分格式求解声波方程，得到高精度的差分解．各种构造模型的计算实例表明，此方法已达到实用水平．     

黏塑性流体运动的二维浅水方程模拟

利用垂向平均浅水方程模型描述黏塑性流体的运动,并基于剪切流动区切应力分布与明渠均匀层流切应力分布相等的假定,推导了浅水方程中切应力项的摩阻系数表达式.建立了黏塑性流体运动平面二维非结构化网格数值模型,空间离散采用有限体积法显式求解,时间积分采用具有二阶精度的Runge-Kutta格式求解.数值模型模拟结果与已有黏塑性流体流动实验结果进行了比较,二者有较好的一致性.     

水平井压井立压控制误差分析与井口套压预测

根据水平井压井的基本原理,考虑环空摩阻、流体流型影响下的计算误差,分析了水平井与直井压井控制立压变化的比较误差.以直井井控理论、多相流理论为基础,建立了水平井井控三相流理论模型,采用有限差分方法对模型进行了数值化求解.算例分析结果表明,在水平井立压控制过程中,如果按直井方式压井,不仅在初始立压点和终了立压点存在误差,而且在造斜点、稳斜点处也存在较大的误差,这将对水平井井控作业产生一定影响.在水平井压井过程中,直到溢流全部移出水平段时水平井的井口套压才开始逐渐增加;岩屑床的存在使水平段和造斜段的环空尺寸减小,对流体流速有一定影响,使井口套压比不考虑其存在的情况时偏高;水平井曲率半径、水平段长、水平段微小倾角、多个造斜率等因素对井口套压影响不大,而井眼尺寸、压井排量、溢流量等因素对井口套压影响较大.     

考虑井筒变质量流动的砾石充填水平井产能预测

应用质量守恒和动量守恒原理推导砾石充填水平井井筒内变质量流动压降方程,并采用拟三维思想,将地层内流体在三维空间的流动分为水平面内的向垂直裂缝流和近井区域垂直平面内的径向流,建立油藏渗流模型.提出将井筒变质量流与油藏渗流耦合的数学模型及求解方法.结果表明:利用该模型计算的水平井产能与实测结果平均误差仅为3.79%,沿井筒...     

水平井筒两相流压力计算模型

对水平井筒变质量分层流动进行了微元段流动分析,根椐气相和液相的连续性方程及动量方程,忽略加速度的影响,得到了气、液两相的混合动量方程,并由此建立了水平井筒变质量气、液两相流动的压力梯度模型,该模型中考虑了流体从油藏到井筒流动的影响。利用已有的处理水平管分层流动的方法,计算了考虑流体沿水平井筒有径向流入时水平井筒的压力分布。因为水平井筒上不同点的生产指数不同,所以,本模型更接近于实际。对沿井筒的压力降和流入剖面进行了实例计算。结果表明,随着水平井半径的减小,压力降逐渐增大,从而产生了不均匀的流入剖面     

Modeling of Air Temperature for Heat Exchange due to Vertical Turbulence and Horizontal Air Flow

In order to calculate the air temperature of the near surface layer in urban environment,the Sur-face layer air was divided into several layers in the vertical direction,and some energy bakmce equations were de-veloped for each air layer,in which the heat exchange due to vertical turbulence and horizontal air flow was tak-en into account.Then,the vertical temperature distribution of the surface layer air was obtained through the coupled calculation using the energy balance equations of underlying surfaces and building walls.Moreover,the measured air temperatures in a small area (with a horizontal scale of less than 500 m) and a large area (with ahorizontal scale of more than 1000 m) in Guangzhou in summer were used to validate the proposed model.The calculated results agree well with the measured ones,with a maximum relative error of 4.18%.It is thus con-cluded that the proposed model is a high-accuracy method to theoretically analyze the urban heat island and the thermal environment.     

水中弹药变结构垂直导引律及其仿真

以水中弹药对水面目标进行高效攻击为背景,提出了一种水中弹药垂直攻击目标的变结构导引方法,通过假设忽略目标的横滚与纵向的机动,假设目标在水平面内作匀速直线运动,同时假设弹体无横滚,建立了水中弹药运动学模型方程、动力学模型方程及变结构垂直导引与控制. 应用Matlab/Simulink软件搭建了数学仿真系统并对水中灵巧弹药变结构垂直导引进行了闭环系统仿真研究,结果表明,所提出的水中弹药变结构垂直导引攻击目标的设计方法能够适应垂直攻击目标的设计要求,与预期的指标要求吻合良好.     

低渗透稠油油藏水平井极限动用范围

低渗透稠油储层具有明显的启动压力梯度,油藏储量动用受到更多条件的限制。基于低渗稠油油藏基本渗流特征,首先通过稳定逐次逼近法分析衰竭开发不稳定渗流过程,得到考虑启动压力梯度影响的直井渗流方程基本解;在此基础上,利用保角变换方法,建立考虑启动压力梯度影响下水平井在三维空间上的压力分布和驱替压力梯度分布计算模型;根据油藏开发的要求,提出考虑启动压力梯度影响时衰竭开发方式下水平井储量极限动用范围的确定方法,包括平面上的极限动用半径和垂向上的极限动用厚度。基于实际油田参数计算和分析表明,水平井在水平平面上的极限动用半径较大,而在垂向平面上的极限动用厚度较小;只有同时考虑水平井在水平平面和垂向平面上的极限动用范围,才能合理部署水平井开发井位,提高油藏储量动用程度。     

含 檐 口 双 坡 屋 面 风 压 风 载 的 数 值 模 拟

摘要： 基于雷诺时均N S方程和Spalart Allmaras湍流模型,运用稳定化流体有限元法数值模拟含檐口双坡低矮屋面的风压分布和风载体型系数,分析了檐口的竖向高度和外伸长度及屋面坡度等关键参数对屋面风载体型系数和周围流场的影响.结果表明：檐口竖向高度对屋面风压分布和风载体型系数的影响较大;水平外伸檐口自身承受的吸力较大,而其长度对屋面风载体型系数影响较小;同时设置竖向和水平檐口时,对屋面风载体型系数的影响明显.     

熔盐燃料电池电堆动态特性的建模和分析

根据物质、动量和能量守恒，建立了10kW级顺流型熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）电堆的数学模型，给出了模型的边界条件。将MCFC电堆的波状板考虑到模型中，求解模型得到气压以及各部分温度的分布。给出并求解了MCFC的电气特性模型，分析了电堆沿气流方向的特性；电堆在电流密度阶跃变化下的动态响应。与试验数据的比较表明，模型能正确反映电堆真实的内部特性。