小清河滞洪区洪水演进数学模型的研究

随着我国经济的发展,蓄滞洪区的开发和建设越来越受到人们的关注,对滞洪区进行洪水演进数值模拟研究非常必要.本文采用有限体积法建立了二维洪水演进数学模型,并对洪水演进的水量平衡计算模式进行改进,提出单元水量出流修正法,消除了有限体积法单元体内出现负水深,产生虚假流动的现象.将该研究成果应用于小清河滞洪区洪水演进的数值模拟,采用实测资料,对小清河滞洪区50年一遇洪水演进进行验证和模拟,从而得到泛区内洪水形势及淹没情况,为滞洪区分洪调度提供理论指导.     

蓄水两坝间长系列水动力及泥沙淤积的研究

对黄河上游龙羊峡至李家峡间的贵德-李家峡河段的蜿蜒河道进行了研究，为蓄水两坝间的通航和河床稳定性问题提供可行性分析依据．根据二维水流连续、运动方程、悬沙扩散方程和两相流底沙运动方程，采用加权集中质量剖分方法，建立了蓄水两坝间水动力、泥沙淤积数学模型．提出了泥沙交换和河床粗化计算模拟的物理图案，对长系列水动力和泥沙运动进行了模化处理．通过调试，验证了水尺水位和李家峡建坝前该河段4年的地形演变量．应用李家峡建坝后典型水文年长系列的组合资料，预报了河床经长期冲淤调整后迭到基本平衡需要的时间．介绍了泥沙交换和河床粗化计算模拟的物理图案和长系列河床演变数学模型的研究方法．     

多重尺度下N-S方程的分解

将多重尺度法的导数展开法引入Ｎ－Ｓ方程的尺度离散,对各阶近似中变量采用Ｒｅｙｎｏｌｄｓ分解,并根据多重尺度的可解性条件,得到不同尺度的潮流、波浪方程用数学方法解释了潮流波浪的相互作用和影响,并与Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程进行了比较     

沉箱压载坐底模型试验及运动规律

通过物理模型试验,在淤泥质海床上沉箱锚定固位后受波浪、潮流作用的条件下,对沉箱坐底运动状态的稳定性和锚链最大拉力进行了试验研究.试验中考虑了受潮位影响时,沉箱与波浪、水流之间的相互作用关系,并实时记录了沉箱的运动状态.根据试验数据分析,得出在波浪、水流作用时沉箱坐底前后的运动现象与规律,总结了沉箱前锚链的拉力经验公式.试验结果为沉箱注水的工程操作过程提供了参考依据.     

液滴冲击自由液面的SPH法数值模拟

液滴冲击液面是一个在自然界及工业生产中极其普遍的现象，同时又是一个极其复杂的强非线性瞬态冲击与自由表面流动问题．本文在二维黏性不可压缩N-S方程的基础上，采用光滑粒子流体动力学方法对液滴（水珠）以一定的初速度冲击盛水容器内液面问题进行了数值模拟研究．研究过程中通过搜索自由表面粒子，在表面粒子之间，考虑了表面张力的作用；运用人工黏性解决了初始冲击效应；同时引入边壁虚粒子和镜像虚粒子处理边界条件，很好地解决了粒子法的边界缺陷问题，并消除了容器角落处实粒子的不稳定现象．计算结果得到了粒子分布图、流场图，压强图及不同粒子位移和速度变化曲线，通过将模拟结果与实验照片进行比较说明了模拟的有效性，最后还定性比较了分别采用Level—Set法、BEM法及SPH法时的液面波动曲线变化情况．研究结果表明：液滴冲击液面时会出现液体飞溅、不连续液面以及自由液面大幅晃荡等强非线性现象；冲击过程中液体粒子运动呈现震荡特性；SPH法对处理自由表面大变形问题具有一定的优势．     

垂向分布粘性流中的球体绕流解

研究Ｓｔｏｋｅｓ球体在具有垂向分布粘性流中的球体绕流解，求得球面的应力分布，可用于泥沙运动力学中三维水流挟沙问题的研究。     

多孔介质内部流动模型及其数学模拟

从多孔介质微元体运动分析出发，建立了动床多孔介质内部流动连续和运动方程，给出了多孔介质内部流动模型，对多孔介质内部溶质大分子中流体运动进行了三维数学模拟，数值模拟结果与Brinkman方程的解析解基本吻合。     

蜿蜒河道水流数值模拟及其应用

在蜿蜒河道的水流计算模拟中,提出了以水深为权重的质量集中有限元方法,改进了河床横断面高程变化剧烈的不稳定计算模式.以此方法建立了二维蜿蜒河道水流数学模型,模拟了飞云江中下游河道枯、丰水期大、中、小潮的流动形态,与实测水位、流速和流向资料相比吻合良好.     

渤海海洋溢油的数学模型

建立了嵌套模式的渤海二维水动力数学模型,模型网格采用显隐交替有限差分格式(即ADI差分格式)进行计算.用追赶法逐段求解,用调和分析法计算模型的水动力边界条件,将潮汐过程计算结果与实测资料进行对比验证其结果吻合良好.溢油数学模型理论公式考虑了实时风场和表面流场作用下油膜质心的迁移和扩散范围,模拟了海上溢油油膜运动轨迹,并用水槽实验验证了公式的正确性.在水动力模型基础上应用溢油运动模式建立了海洋溢油数学模型,对风场作用和无风作用两种条件下的静止点源瞬时溢油和连续溢油运动轨迹和扩散范围进行了计算、分析和比较,并计算了有、无风场作用时移动点源连续溢油污染扩散范围,为海洋溢油数学模型的研究提供了较完整的思路.     

永定河泛区洪水调度数值模拟

提出了具有旁侧出流的河网独立计算的一、二维多口门嵌套衔接模式,建立了一维河道嵌套于平面二维永定河泛区洪水演进水流数学模型.结合历史调查洪水资料对永定河泛区洪水演进进行了模型验证,二者结果基本吻合.应用该模型对永定河泛区洪水调度方案进行了模拟,先后模拟了无机场、机场近期建设后和远期建设后3种工况下的洪水演进过程.分析对比机场建设前后各分洪区洪水位、滞洪量、淹没范围的变化.模拟结果显示,各分洪口门启用时间稍微提前,机场建设区寺垡辛庄口门启用次序稍有变化,水位的雍高、分洪量的增量、淹没范围的变化对泛区洪水调度方案影响较小,表明了机场建设的可行性.该研究为淹没区的洪灾损失评估及相应的防洪调度方案修订提供了必要的参数和依据.