波流环境中紊动射流的垂向二维数值模拟

实验显示在持续的波流环境中污染物稀释度比无波环境有显著提高,但是关于波浪要素与污染物浓度分布之间的关系的结论还不统一,还需要在实验及数值计算等方面对这个课题作更深入的研究。本文采用非线性双方程κ-ε。紊流模型和VOF方法建立了波流环境中紊动射流的垂向二维数值模型,模拟了波流环境下的紊动射流。通过和实验对比验证了数学模型。重点分析了射流初始稀释阶段污染物浓度分布和波浪要素的关系。     

钱塘江河口潮流悬沙的二维模型计算

针对钱塘江河口潮强流急,动力、泥沙含量变化复杂,建立了二维水流泥沙数学模型,模拟水流运动及含沙量变化,通过实测资料率定,模型较好地模拟了河口沿程水位、测点流速、含沙量过程以及断面输沙量,并对潮流泥沙特性和泥沙分布平面特征作了分析.     

PEM燃料电池阴极传质过程的二维数值模拟

在混合流动模型的基础上,建立了一个新的二维、稳态、非等温、两相流的单电池电化学反应模型.此两相流模型将催化剂层作为一个实体层来处理,而不是将其看作是一个没有厚度的界面.模型在组分方程中还考虑了水分的相变,并在能量方程和动量方程中考虑了水分相变带来的影响.模型模拟了空气过量系数变化时PEMFC阴极中氧气和水的扩散传递及浓度分布过程.分析操作参数对电池性能的影响,以便得到最佳操作参数,为燃料电池的实际应用提供参考.     

冲击作用下混凝土性能的二维数值模拟

设计了一种混凝土冲击性能的测量装置,采用二维有限元方法对冲击作用下混凝土的损伤问题进行数值模拟计算。计算中引入了对混凝土采用了弹塑性流体材料模型和Holmquist-Johnson-Cook状态方程。计算结果与文献中的计算结果相比较,说明了侧向稀疏在二维平板撞击混凝土的情况下影响较大。     

功率MOSFET抗SEB能力的二维数值模拟

在分析了单粒子烧毁(SEB)物理机制及相应仿真模型的基础上,研究了无缓冲层MOSFET准静态击穿特性曲线,明确了影响器件抗SEB能力的参数及决定因素.仿真研究了单缓冲层结构MOSFET,表明低掺杂缓冲层可提高器件负阻转折临界电流,高掺杂缓冲层可改善器件二次击穿电压,据此提出一种多缓冲层结构,通过优化掺杂浓度和厚度,使器...     

RSD二维数值模拟与预充过程分析

为了加深对反向开关晶体管(RSD)器件原理的认识,本文基于半导体物理基本方程,在二维元胞单元上利用有限差分的方法建立了RSD器件的数值模型。模型考虑了载流子间散射、SRH和俄歇复合、碰撞电离等物理效应。采用实验电路提取的参数建立了RSD谐振预充触发电路的外电路模型。联合器件模型方程组和谐振触发外电路模型方程,利用Matlab语言采用Runge-Kutta和牛顿迭代的方法求解并获得了器件瞬态载流子分布和电压电流波形。本文在对比实验结果的基础上,解释并说明了模型的有效性和误差的产生原因。基于载流子和电流分布变化数据,详细分析了RSD预充过程。发现了预充过程中存在的强烈俄歇复合现象和电流抽取现象将导致预充电流注入的等离子体大量减少,因此不宜直接采用电流时间积分值计算预充电荷总量。     

除雾器通道内二维两相流场的数值模拟

除雾器是WFGD系统内的重要设备之一,其性能对WFGD系统运行的可靠性有重要影响。文章采用雷诺应力湍流模型和拉格朗日多相流模型,对波纹板除雾器单通道内的流场进行了全面的计算流体力学(CFD)模拟。得出了除雾器通道内的速度场、压力场的分布情况、被捕集液滴的临界粒径与烟气流速的关系等。对除雾器的设计和运行具有一定的理论指导意义。     

二维对称结构纳秒脉冲介质阻挡放电数值模拟

为具体分析放电过程中电场强度、电子密度、平均电子能量及鞘层的变化规律,通过简化化学反应动力学模型以及采用全时域漂移-扩散模型方程,对N2-O2混合气体的二维平行电极纳秒脉冲介质阻挡等离子体放电的发展演化过程进行数值模拟。计算结果发现:放电从电极处开始发展形成约化场强约为5×10-19 V?m2的强电场,高电压电极附近形成0.2 mm的鞘层区域,鞘层边缘存在数密度为1.6×1019 m-3的薄电子层,且其边缘分层结构与低气压辉光放电鞘层分层结构一致;电子沉积在介质表面,等离子体从强电场中获得的能量使得其在脉冲结束后的余辉过程中继续维持,进而有效地将能量耦合给等离子体。数值模拟结果表明,提出的简化化学反应动力学模型能够有效地模拟复杂的介质阻挡纳秒脉冲放电的物理过程及其各个物理参数的变化规律。     

长江重庆河段平面二维非恒定水沙数值模拟

本文针对长江重庆河段复杂的水沙运动特点和地形条件,考虑悬移质和推移质运动,采用有限元方法建立了平面二维非恒定水沙数学模型,对重庆河段的水流运动和泥沙冲淤进行了模拟。模型中采用张红武提出的不平衡输沙理论以及引入符合重庆河段水沙特点的悬移质挟沙力公式和推移质输沙率公式,对现有三峡库区数学模型进行了改进,并利用重庆河段正态模型试验和原型观测资料对模型进行了验证。结果表明,模型计算的沿程水位、断面流速分布和河床冲淤变化与资料符合较好。     

剖面二维水沙数学模型及其初步应用

本文运用SIMPLE算法,考虑自由表面情况,建立了剖面二维水流泥沙数学模型.文中系统地介绍了自由水面网格自动调整、SIMPLE算法在剖面二维水沙运动模拟方面的应用等关键技术,提出了相应的水沙近底边界条件,实现了水流运动的动态显示,并将模型初步应用于小浪底水库坝前剖面水沙运动的模拟.     

基于光纤传感的多通道泥沙浓度测量研究

基于光学背向散射原理设计开发了一种光纤多通道泥沙浓度测量装置。该泥沙浓度测量装置入水探头直径仅为2.5 mm,对待测水体运动的影响较小,同时具有量程大、采样快和多通道同步测量等特点,可以满足室内实验泥沙浓度的测量。通过调整测量装置的光源强度调节测量量程和测量精度,可以实现不同泥沙浓度的测量需求。中值粒径为46.5 μm的粉沙浓度率定结果表明,该测量装置对粉沙可实现最大浓度达150 kg/m3的高含沙浓度测量。该装置已成功应用于振荡格栅水槽均匀紊流中粉沙浓度的多通道同步测量。     

基于POM模式的感潮河段三维水动力模拟

随着工程要求的不断提高,感潮河段三维水动力的正确模拟有着十分重要的意义.同时,美国普林斯顿大学开发的海洋模型POM已经逐渐应用于我国海湾潮汐流的数值模拟中,并得到了进一步的修正和完善.本文基于POM模式,利用明渠垂向流速分布的经验公式分析了三种紊动黏性系数计算方法对流速的影响;结合前人对POM模式的修正工作,建立了感潮河段的三维水动力模型;将该模型应用到长江下游太仓段的计算中,结果表明,基于POM模式建立的感潮河段三维水动力模型的计算值与实测值拟合较好,能够充分反映感潮河段水位以及水流流速随时间的变化情况.     

基于 Kalman-LSTM 模型的悬浮质含沙量测量

针对电容法测量河流含沙量过程中易受环境因素影响而导致测量结果不准确的问题,提出基于卡尔曼滤波和长短期记忆神经网络(Kalman-LSTM)的融合模型。先采用卡尔曼滤波器进行滤波处理,减小传感器测量的随机误差;再通过LSTM神经网络模型对含沙量信息和环境量信息进行多传感器数据融合,减小环境因素对电容法测量含沙量的影响;最后建立了电容法测量含沙量的Kalman-LSTM融合模型。为了验证Kalman-LSTM融合模型的融合效果,与BP模型、RBF模型和LSTM模型对比,比较各模型的均方根误差、最大绝对误差、平均绝对误差和平均相对误差。实验结果表明,Kalman-LSTM融合模型的平均相对误差为2.54%,均方根误差为2.47 kg/m³,该融合模型能有效降低环境因素对含沙量测量的影响,提高电容法测量含沙量的准确性。     

波流与泥沙耦合模型中海岸越顶水流冲刷模拟

海岸越顶水流冲刷是一种自然现象,通常发生在风暴期间,可能会导致近岸地形的剧烈变化.现有海岸岸滩演变三维数学模型还较少考虑越顶水流冲刷,尤其是越浪冲刷的作用.为此,本文发展了越浪输沙经验算法,并引入到基于FVCOM和SWAN的三维波流与泥沙耦合模型中,建立了能够模拟越顶水流冲刷的三维岸滩演变数学模型;收集了两组越顶水流室...     

基于格子玻尔兹曼方法的流域汇流数值模型

本文利用Lattice Boltzmann Method方法分析了坡面水流和河道水流运动方程圣维南方程的特点,提出了流域汇流过程的LBM数值模型,此模型在汇流过程中将地貌因素与水动力扩散相结合以描述坡面水流运动,很好解决了坡面水流的流量分配问题。利用此模型生成的单位线对抚河南城流域14场洪水进行了汇流计算,结果表明所提出的汇流模型用于流域汇流计算具有较好的精度。本研究对于分析坡面水流运动、汇流机制、土壤侵蚀、泥沙输移等诸多领域,具有重要的理论意义。     

悬移质挟沙能力水槽实验方法探讨

水流挟沙能力是研究悬移质泥沙输移的核心问题之一.对不均匀泥沙,由于细颗粒调整的滞后性,传统循环水槽实验较难获取悬移质与河床泥沙相对应的输沙平衡条件,需要大量精度不高的浓度测量和无法避免细沙在系统中循环影响实验精度.本文通过改进水槽进口加沙和增加出口过滤系统,并采用不平衡淤积方式逼近平衡输沙进行实验和研究挟沙.实验得到从...     

基于非线性理论的推移质输沙率公式

基于非线性理论的尖点突变模型,分析了水流条件和泥沙颗粒在床面相对位置对泥沙输移过程的非线性动力学特征的影响,得到尖点突变模型的状态变量和控制变量,建立了定性描述泥沙输移的尖点突变模型,并通过坐标变换和拓扑变换,构建了非线性推移质输沙率公式。经与推移质输沙率实测资料、基于同理论推移质输沙率公式和经典推移质输沙率公式对比,分析了低强度输沙时不同公式计算结果存在差异和高强度输沙时计算精度发生突变的原因,讨论了泥沙起动切应力对输沙率公式的影响,验证了本文公式具有良好的适用性,证明了本文非线性推移质输沙率公式是合理的。