水平井油藏数值模拟的有限元方法

本文对底水油藏水平井三维两相渗流的数学模型给出了一种有限单元解法。在求解过程中，对压力场采用基于Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法的经典有限元技术，对饱和度场，引入了非标准的不连续有限元方法，以反映实际油藏中水驱前缘的含水饱和度不连续跃度的性质。整个过程采用计算功能极强的ＮＤＰ－ＦＯＲＴＲＡＮ语言编程实现，对有限元整体刚度矩阵采用变带宽一维压缩存储，以节省数组存储空间，进一步提高程序的运算能力和运行速度。     

定水头条件下扇形砂槽水平井降水规律试验研究

本文介绍了砂槽试验模型的设计、加工制造和试验方法,并对定水头条件下不同规格水平滤水管的降水规律进行分析研究,旨在加深对此种技术的认识,更好的为工程服务。     

应用数值模拟研究影响水平井砾石充填的因素

在分析水平井砾石充填过程和充填机理的基础上，运用固液两相流理论分析了充填过程的流动阻力，对Gruesbeck^[1]提出的模型进行了改进，建立了考虑流体滤失的水平井砾石充填数学模型。通过计算，得出了各种因素对充填效率的影响。研究表明：（1）充填效率随充填排量，携砂液粘度，冲管与筛管直径比的增加而增加，但这些数值过大均不利于充填成功率的提高。（2）充填效率随砾石，液体体积比，滤失量及砾石直径的增加而降低。运用此方法可优化水平井砾石充填的地面施工参数，制定合理的施工方案，提高防砂成功率。     

波浪传播的数值模拟与物理模拟耦合模型

此文对于二维波浪的传播建立了数值模拟与物理模拟的耦合模型。模型中,数值模拟采用基于改进Boussinesq方程的三角形网格有限元模型,物理模拟采用推板式造波机。模型的求解采用空间五点的拉格朗日插值和时间的四阶Runge-Kutta格式。通过波浪模拟实验研究了耦合模型在不同波浪要素下的适应性。进一步针对于规则波和不规则波分别建立了实时修正由于造波机造波性能所引起的模拟误差的方法。波浪模拟实验结果表明,耦合边界附近数模结果与物模结果吻合很好,实时修正方法能很好修正由于造波机造波性能所引起的模拟误差,耦合模型和实时修正方法能有效建立起数模与物模的确定性联合。     

不同水头与流量条件下堤防梯形决口水流特性数值模拟

本文对有矩形障碍物的溃坝算例进行模拟验证,将FLOW-3D计算的速度场结果与FLUENT、Wang的结果进行对比,三者结果基本一致,验证了Flow-3D软件用于堤防决口三维数值模拟的可行性.采用某实际河道堤防简化建模,建立了在决口口门形状、尺寸一定的条件下,上游不同水头、不同流量工况下的堤防决口三维数值模拟.分析结果表明:不同水头、不同流量作用下决口较大的流速平面分布主要分布在决口上游进口左侧发生水跌处.因此,在进行决口封堵时,应注意预先做好决口上游侧的裹头处理,防止在封堵的过程中因流速过大导致溃口口门扩宽;在选取封堵材料时,也可根据溃口处流速分布来选择相应的封堵料粒径.     

蒸发条件下层状土壤水分运动的数值模拟

研究蒸发条件下的土壤水分运动规律,对盐碱化的防治,对田间水分状况的调节管理都是非常重要的。针对我国北方地区土壤剖面多呈层状和春季强烈返盐季节土壤多处于裸露状态的特点,本文主要研究层状剖面的土壤蒸发问题,特别是粘土层厚度和位置对蒸发的影响。     

异重流潜入条件分析及立面二维数值模拟

本文对水库异重流的潜入条件进行了理论分析，并用立面二数学模型作了数值模拟，探讨了影响异重流潜入条件的几个重要因素。     

锦屏一级高拱坝整体稳定物理与数值模拟综合分析

高拱坝的整体稳定是工程建设中的关键问题之一,地质力学模型试验和数值计算是研究这一问题的重要方法。通过理论推导建立了基于综合法的大坝稳定安全系数评定关系式。针对锦屏一级高拱坝坝肩地质条件复杂,影响拱坝整体稳定的断层、岩脉、节理裂隙众多,坝高库大和加固难度大,工程安全稳定问题十分突出等特点,采用综合法地质力学模型试验与三维非线性有限元相结合的方法,对加固处理后的锦屏一级高拱坝整体稳定性开展研究。获得了拱坝在正常工况下的工作性态,以及在结构面强度参数降低约30%后坝肩的超载变形失稳过程和最终破坏形态,提出拱坝与地基综合法整体稳定安全度为5.2~6.0(试验值)和5.98(计算值)。通过综合分析模型试验和数值计算的成果,评价了锦屏一级高拱坝工程的安全性和加固效果。研究成果为锦屏一级拱坝工程的安全监测和运行管理提供了科学依据,同时也为其他类似高拱坝工程的稳定分析提供参考。     

成洞质量差异条件下的隧道施工数值模拟分析

把握成洞质量差异条件下隧道施工扰动层与隧道初衬间的工程应力影响关系,是应对软弱复杂的工程地质条件、控制施工扰动、尽可能提高成洞质量的基本技术环节。文章参考案例工程地质状态,以有限元模拟分析法,对成洞质量差异条件下的隧道施工扰动层与隧道初衬影响关系开展针对性分析研究,为同类工程应用提供研究和技术参考     

蓄水条件下库区边坡稳定性数值模拟研究

库区岸坡的稳定性是水利工程的安全和稳定的重要影响因素,水库蓄水引起的地下水渗流场变化是导致库岸边坡失稳破坏的重要因素.文章以辽宁岫岩前营子调节水库上游边坡为例,利用数值模拟的方法对蓄水条件下的岸坡稳定性进行数值模拟研究.结论显示,水库蓄水并不会对研究岸坡的整体稳定造成显著影响,暂不需要采取工程干预措施.     

流凌条件下弯道水力特性数值模拟

采用VOF技术,利用RNG k-ε湍流模型,结合拉格朗日粒子模型,通过建立弯曲度不同的弯道,对流凌条件下弯道的水力特性进行了模拟研究.结果表明:流凌过弯后主要集中在凹岸,集聚明显;流凌的存在增大了凹岸表层水流的横向环流,在一定程度上影响凸岸底部大环流的发展;各弯道进口断面最大水面流速均大于出口;随弯曲度的增大,冰水流凹...     

基坑降水过程中回灌的数值模拟

基坑降水容易引起周边地面沉降,为了保护基坑周边的建筑物常采用回灌技术。回灌的关键就是要保证受保护建筑物附近地下水位不产生过大变化,常规的理论计算受到边界条件等的限制,通过数值方法来模拟回灌后地下水位的变化,为工程建设中的回灌技术提供理论参考。     

引航道通航水流条件数值模拟

采用数值模拟手段,计算了当引航道航道中心线与河流主流存在较大夹角时,船闸引航道口门区及其连接段区域不同流量下的水位、流速分布等水力特性.计算结果表明:各级流量下引航道口门区的斜流效应明显,影响口门区通航水流条件,分析各级流量下的通航水流条件后,确定其最高通航流量为4 000 m3/s,若要提高最高通航流量,应适当减小航道中心线与河道主流的夹角.通过对比分析数值模拟与物理模型试验的结果可知,该数学模型能较好地模拟引航道口门区水流条件.     

超低水头竖井贯流式水轮机三维湍流数值模拟

针对竖井贯流式水轮机导叶叶片数对其性能的影响,结合淮安市古黄河水利枢纽工程水轮机模型试验,在一定导叶开度下,对不同导叶数的竖井贯流式水轮机进行了基于CFD的数值模拟,并获得了设计点工况下配置不同导叶数量时水轮机的水力性能。将不同方案在水头损失以及流道和转轮效率上进行了对比。结果表明：随着导叶数的增加,流道效率和转轮效率逐渐提高,水头损失随之减小。通过分析贯流式水轮机内流场并结合外特性计算结果,最终确定了最佳导叶数方案;数值模拟得到的效率与试验数据的平均误差相当小,证明了数值模拟的准确性。该方法可以为超低水头竖井贯流式水轮机设计及其水力性能优化提供参考。     

根系吸水条件下固定沙丘水分动态数值模拟研究

着重探讨了固定沙丘植物根系吸水问题。在甘肃省石羊河以东腾格里沙漠西南缘湖盆滩地邓马营湖北部一生长有白刺的固定沙丘上设置观测点,采用中子仪、负压计逐日定时分层测定沙丘0～175cm深度含水量和水分势能。以野外实测数据为基础,运用数理统计方法确定非饱和导水率、水分扩散率等沙丘水分运动参数,并从宏观角度建立了与水面蒸发强度、沙丘水分含量相关的附加根系吸水项的白刺根系吸水模型。用所建数学模型对6月和8月白刺生长期内无雨时段沙丘水分动态进行模拟,并选取6月5日、10日、12日沙丘25cm、55cm和100cm深度模拟含水量值与实测值进行比较分析,两者之间的相对误差为-21.97%～5.67%,大多在-0.016%～3.56%之间。同时,比较了秋季预测与实测沙丘剖面水分分布曲线。沙丘水分动态模拟结果的验证与分析表明:根系吸水率精度较高,能较正确反映无雨时段根系吸水规律;用所建数学模型预测的白刺生长期沙丘剖面含水量与实测值分布曲线拟合较好。     

变水头入渗条件下VG模型参数变化对土壤入渗的影响

为了探究变水头入渗条件下van Genuchten模型各参数对不同质地土壤入渗特性的影响,基于HYDRUS-1D模型,采用局部分析法对不同土壤质地不同输出变量下VG模型各参数的敏感性进行分析。结果表明:各参数对压力水头的影响均随土壤质地变细而减小,且同质地土壤各参数敏感性在降雨结束时达到最大,之后随时间增加而减小;同一参数的正负扰动对累积入渗量的影响程度基本相同;n、K_s、θ_s对压力水头和累积入渗量的影响较大;VG模型各参数对不同质地土壤湿润锋运移距离的影响差异较大,各参数敏感性大小排序为:θ_sK_sαnθ_r(砂壤土)、αθ_sK_sθ_rn(壤土)、nαθ_rθ_sK_s(黏壤土)。边界条件是VG模型参数敏感性的重要影响因素之一。因此在模型应用时,应注意边界条件的选择以及参数θ_s、α、n、K_s的准确性。     

数值模拟技术在工程降水中的应用研究

在掌握场地水文地质条件和抽水试验成果的基础上,利用Modflow建立了较为合理的渗流数值模型,分析了某工程井点降水中承压含水层水位随时间的下降过程.结果表明:①砂砾石层渗透系数为90 m/d,弹性释水系数为0.002 m-1,计算结果与5口长期观测井的观测数据对比误差较小;②将降水区域扩大为3 000 m×3 000 m,采用第二类边界条件并增加5口降水井进行降水模拟,降深效果非常好.     

管路突然扩大时局部水头损失的数值模拟

选取了Spalart-Allmaras湍流模型,对Re＜5500时管路中突然扩大的局部水头损失进行了数值模拟.计算结果表明:模拟得到的测压管水头与试验值吻合较好,用断面平均速度计算速度水头时,若取动能修正系数为1.0,则会使局部水头损失的计算值较实际值偏小,速度水头计算方法的影响远大于突然扩大管路的沿程损失对局部水头损失系数的影响.     

兰江铁路桥通航水流条件数值模拟

由于兰江铁路桥通航尺度不满足三级航道的通航安全要求,为了研究兰江铁路桥桥区通航水流条件,该文章收集了相关资料,分析了工程河段河道演变及水流条件,建立并验证了适合该区域的二维水流数学模型,通过模型对兰江铁路桥桥区的通航水流条件进行计算分析,得出兰江铁路桥桥区的航道通航水流条件,并提出相关的安全保障措施,以保障船舶航行安全,对今后类似现状航道及桥区通航安全有一定的借鉴作用。