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.     

垂向基于谱方法的三维弯道水流模型

传统平面二维水动力模型模拟弯道水流时,将流速垂向分布固定化,不能随边界变化和二次流发展进行调整,而垂向完全自动调整的三维水动力模型计算效率低。该文采用谱方法将平面流速的垂向分布用正交多项式表示,通过加权余量法建立简易三维模型,对流项采用基于Gauss点的半Lagrangian法(semi-Lagrangian scheme,SLS)计算。由急弯弯道水流试验验证可知,多项式阶数大于1时模拟结果较好。弯道主流线位置预测整体误差不超过7%,精度和传统的三维水动力学模型相当。对涡黏性系数简单求解,但考虑了垂向和水平方向的差异性,能够得到合理的弯道水流结构。垂向基于谱方法建立的三维模型,无垂向网格离散,计算量明显减少,获得了与平面二维模型相当的计算效率。     

大连湾准三维潮流场的数值模拟

提出了一个淮三维浅水潮流场的数学模型，并应用于大连湾的潮流场计算，其中设水平方向的速度沿水深方向的变化为势物线型，仍将统治方程沿水溶方向积分，所得到的求解方程与传统的浅水垂向积分方程略有不同，对非线性项的垂向平均更加完整，数值结果表明，本模型具有较好的实用性。     

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.     

管状三维机织物的交织方法分析

基于对典型三维织物织造方法以及二维圆织成型方法的分析,提出两种织造管状三维织物的方法,即经向垂纱法和纬向垂纱法,并具体阐述了两种方法的成型原理和成型方法.这两种方法的主要区别在于连接各层的垂纱的引入方式不同:纬向垂纱法中,垂纱与纬纱的引入方式相同;经向垂纱法中,垂纱与经纱的引入方式相同.两种方法的提出为管状三维织物的组织结构设计及圆织设备的研发奠定基础.     

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     

地下储气库天然气运移的等效渗流模型

考虑含水层型地下储气库水平尺寸远大于垂向尺寸的特点,建立含水层型地下储气库天然气运移的等效渗流模型.所建模型通过垂向积分并沿储层垂向高度平均将复杂的含水层型地下储气库三维渗流问题简化为二维平面问题.利用所建模型计算中国某拟建封闭含水层型地下储气库注气后储层含气饱和度和储层压力的变化,对比所建模型与传统三维渗流数学模型的...     

一种非静压的平面二维水动力学模型

将N—S方程中的压力分解为静压和动压并将水平动量方程沿水深积分,垂向动量方程则只考虑动压梯度项．求解过程分解为静压步和非静压步,采用有限差分法离散水平动量方程,基于Keller-box格式离散垂向动量方程,得到关于动压的泊松方程并采用稳定双共轭梯度法求解,最后根据动压更新流速和水位,建立了一种非静压的平面二维水动力学模型．利用孤波和规则波的算例验证了模型的有效性．     

三维海洋紊流模型对杭州湾附近潮流场数值模拟

采用一种半隐式三维海洋紊模型对杭州湾及长江口附近潮流进行了数值模拟,该模型在垂上向采用σ坐标,可以较精细地处理表面和底层,较好地模拟地形的垂向变化和密度分层对潮流场的影响,潮汐流的潮位和潮流速的二维、三维模拟结果与实测结果符合良好。     

潮流数值模拟中紊动粘性系数的研究

从流体运动基本方程出发，对Boussinesq假设的合理性进行了初步探讨，阐述了紊动粘性系数的物理含义及其在数值计算中所起的作用，就一内设正交丁坝的半封闭海域中的平面紊动粘性系数对二维潮流数值计算结果的影响进行了讨论。结果表明，平面紊动粘性系数对潮位和平均流速的影响较小；随着紊动粘性系数的增加，丁坝背流侧回波的强度和影响范围均明显增大，就风生流和环岛水流两个理论算例中的垂向紊动粘性系数对三维潮流数值计算结果的影响进行了讨论。结果表明，垂向紊动粘性系数越大，流速分层越不明显，流速的绝对值也越小；垂向紊动粘性系数的梯度变化则对水平流速的垂向分布起着决定性的作用。综合理论分析和数值试验的成果，垂向紊动粘性系数宜采用抛物线分布的结构型式。     

大地电磁资料三维傅里叶变换偏移方法及其应用

利用傅里叶变换及内插外推方法对三维大地电磁资料偏移成像问题进行了研究。首先将大地电磁场满足的三维亥姆霍兹方程降维分裂成两个二维响应方程,然后对每一个二维方程进行傅里叶变换,使二维方程变为一维方程,通过大地电磁场垂向方向的导数在地面上所满足的边界条件,确定外推方程中的两个待定系数,从而得到一维外推方程的解。对横向非均匀地电介质,利用分段傅里叶变换方法进行偏移,同时将每一段内电阻率的平均值作为背景值。为了解决纵向介质的不连续问题,取相邻两频点的电阻率值的外推结果进行加权内插。对于横向各段的衔接,采用内插平滑处理。应用该方法对伊朗项目中T01-010测线资料进行了偏移处理,偏移结果除了反映浅层和基底明显的分界面之外,还能较好地反映局部地电异常体引起的异常。     

有轨电车二系垂向悬挂系统阻尼比优化

针对有轨电车二系垂向悬挂系统中存在的阻尼匹配问题,根据1/4车体三自由度垂向振动模型,利用MATLAB/Simulink建立了二系垂向悬挂系统阻尼比优化设计仿真模型;以人体振动舒适性最佳为目标,建立了二系垂向悬挂系统阻尼比优化设计数学模型.在此基础上,以轨道高低不平顺作为输入激励,以二系悬挂垂向行程及一系悬挂垂向动作用力为约束条件,创建了二系垂向悬挂系统阻尼比优化设计方法.通过实例对阻尼比进行了优化设计,可知阻尼比的优化设计值能够显著提高有轨电车的乘坐舒适性,表明所建立的有轨电车二系垂向悬挂系统阻尼比的优化设计方法是正确的,为二系垂向悬挂系统阻尼匹配减振器设计奠定了重要理论基础.     

大地电磁资料三维傅里叶变换偏移方法及其应用

利用傅里叶变换及内插外推方法对三维大地电磁资料偏移成像问题进行了研究。首先将大地电磁场满足的三维亥姆霍兹方程降维分裂成两个二维响应方程，然后对每一个二维方程进行傅里叶变换，使二维方程变为一维方程，通过大地电磁场垂向方向的导数在地面上所满足的边界条件，确定外推方程中的两个待定系数，从而得到一维外推方程的解。对横向非均匀地电介质，利用分段傅里叶变换方法进行偏移，同时将每一段内电阻率的平均值作为背景值。为了解决纵向介质的不连续问题，取相邻两频点的电阻率值的外推结果进行加权内插。对于横向各段的衔接，采用内插平滑处理。应用该方法对伊朗项目中T01—010测线资料进行了偏移处理，偏移结果除了反映浅层和基底明显的分界面之外，还能较好地反映局部地电异常体引起的异常。     

宽浅式河道冷却水流动和水温分布数学模型

本文研究宽浅式河道冷却水的水力和热力数学模拟问题。对远区流场和温度场进行模拟，从粘性流体的三维运动方程出发，沿垂向进行积分，并考虑河底地形，表面风力对流场和温度场的影响，推导出平面的浅水流动方程和热输移方程以及采用伽辽金有限元法计算的流场和温度场的数学模型．     

频域内海洋资料浮标垂荡运动特性研究

随波性作为海洋资料浮标的重要设计参数,影响着波浪参数的测量准确度。本文应用三维势流理论计算了圆盘浮标体的附加质量、兴波阻尼系数等水动力系数以及波浪激励力,基于单自由度运动方程研究了自由浮标的垂荡响应。考虑锚链垂向弹性回复刚度系数对浮标垂荡的影响,研究了两种类型系泊浮标在波浪中的垂荡运动响应。研究发现,直径3 m浮标较直径10 m浮标具有更好的随波性,且锚链对3 m浮标的垂荡运动的影响较10 m浮标更为显著。研究结果对波浪传感器的参数修正具有重要意义。     

宽浅型明渠非定常流的数值模拟

本文根据不可压缩三维非定常流的动量方程和连续方程,求解了宽浅型明渠中三维流速分布和水位随时间的变化规律.采用单方程湍流模式确定涡粘性系数,沿垂向引入无尺度坐标,使计算网格能拟合自由面及床面.对控制方程采用有限差分离散、剖开算子法求解.通过引用欠松驰技术,提高了计算稳定性.计算表明,本文中提出的计算方法具有时间步长大、存储量小和机时省的优点.最后,用其求解长江口南港河段的潮流运动,计算结果与现场实测结果十分一致.     

油田注采诱发地表变形规律及控制方法研究

根据大庆油田南二区大地三维形变测量结果,研究地层压力变化引起地面垂向变形的规律,并提出地表垂向变形计算的数学模型,通过有限元法对大地垂向变形情况进行了数值模拟,数值模拟结果和测量结果对比,显示了模拟方法的可靠性.最后基于数值模拟和现场测量,提出了控制油田地表垂向变形的方法.图3,表5,参8.     

水流诱发平板闸门垂向振动的分析与计算

本文建立了水流诱发平板闸门垂向非线性振动的数学模型,并通过模型试验确定振动方程中的参数,解决了非线性振动方程的求解问题,计算表明,计算值与实验值吻合较好,说明所建立的数学模型基本上能反映闸门垂向振动的物理机制,对实际平板闸门的振动特性预报具有实用价值。     

贝叶斯序贯高斯模拟方法

各种静态数据约束下的三维储层模型是指可以同时满足地震和测井数据的模型。研究了整合中等垂向分辨率地震数据的方法。引入贝叶斯定理的序贯高斯模拟方法,即贝叶斯序贯高斯模拟,用来整合中等垂向分辨率的地震数据,在给定地震频率的条件下,提高模型的分辨率。模拟结果表明,该方法能很好地整合中等垂向分辨率的地震数据,解决整合地震和测井数据存在的“体支撑”难题,生成高于地震垂向分辨率、低于或等于测井分辨率的三维储层模型。     

磁浮列车悬浮系统的Lagrange方程建模

分析了磁浮列车垂向悬浮系统的工作原理,采用Lagrange方程,结合动力学和电磁学基本理论,建立了以状态空间描述的单磁铁磁悬浮系统的垂向动力学模型。仿真结果表明,该建模方法是有效和可行的。