特高速掺气水流对空化的影响

根据特高速掺气水流所表现的可压缩性，利用连续方程和动量方程，并考虑水流粘滞性和脉动影响，将掺气水流当作单向流分析。水流流经不平整体时，其后可产生在掺气情况下仍不能消除的负压。此时，空化已不可避免，且随马赫数增加，掺气反而会使负压值增加，因而，将不再具有减蚀作用。     

FLUID-STRUCTURE INTERACTION OF HYDRODYNAMIC DAMPER DURING THE RUSH INTO THE WATER CHANNEL

The hydrodynamic damper is a device to decrease the motion of armament carrier by use of the water resistance. When hydrodynamic damper rushes into the water channel with high velocity, it is a complicated flow phenomenon with fluid-structure interaction, free surface and moving interface. Numerical simulation using the Smoothed Particle Hydrodynamics （SPH） method coupled with the Finite Element （FE） method was successfully conducted to predict the dynamic characteristics of hydrodynamic damper. The water resistance, the pressure in the interface and the stress of structure were investigated, and the relationship among the peak of water resistance, initial velocity and actual draught was also discussed. The empirical formula was put forward to predict the water resistance. And it is found that the resistance coefficient is commonly in the range of 0.3 ≤ C ≤ 0.5, when the initial velocity is larger than 50 m/s. It can be seen that the SPH method coupled with the FE method has many obvious advantages over other numerical methods for this complicated flow problem with fluid-structure interaction.     

水电站长输水道管流气泡动力特性研究

本文以水电站瞬变过程中调压室漏空压力钢管中的气液两相流作为研究对象，在模型实验的基础上，探讨了气泡对管道水压变化的影响及其数学描述.由流动的连续性，导出了瞬变过程中计算调压室进气流量的公式；引入了气团质点的新概念，将每一时间步长内进入压力管道的空气视为一个质点；发展了用拉格朗日研究固体质点运动的方法研究气团质点在管道中运动的原理和方法；研究了采用Wylie的自由气体——离散模型计算瞬变压力变化过程.数值计算和模型实验数据的对比表明，本文所发展的数学模型能够较好地描述调压室漏空压力钢管中气液两相流的压力变化过程.     

脉动压力及压力梯度对不平整突体空化初生的影响

本文对六种不平整突体在正负压力梯度状况下的初生空化数进行了试验研究和理论分析，并根据气泡动力学方程建立了脉动压力与气泡振荡半径之间的关系，讨论了脉动压力及压力梯度对不平整突体空化初生的影响，试验结果表明，同一突体在负压力梯度状况下的初生空化数高于正压力梯度状况下的初生空化数；对于非流线型突体，在负压力梯度状况下空化初生时的壁面脉动压力强度低于正压力梯度状况下的脉动压力强度，脉动压力峰值约为七至十二倍的脉动压力均方根值。     

水头压力及管道特性对水击波速变化的影响

把Pearsall提出的可变波速公式引入特征线法中，对二相流的水击波速在发生水击时的变化情况进行了计算分析，研究水中含有气泡的管路在水击时管道初始水头及管道特性等敏感因素对水击波速变化的影响，指出上游水头降低、相对管壁厚增加、管材弹性模量增加都会引起水击波速变化的加剧．     

傍河取水越河稳定渗流问题的三维数值模拟研究

以非完整河(渠)旁完整井列抽水的理想化实际模型为基础，建立起该模型的三维稳定渗流数学模型，采用有限差分法求解了各种不同情况下此模型的数值解。根据求解结果认为，在非完整河(渠)旁抽取地下水会产生越河(渠)渗流问题，河流(渠)的宽度、河流(渠)的完整性以及河底弱透水层的渗透性都会对越河渗流问题产生重要的影响，对这类问题的求解应采用三维渗流数学模型     

基于分形理论的饱和土孔隙水压力计算模型

孔隙水压力是一种作用于土体孔隙间的应力,其定量分析对于探究土体的抗剪强度等力学性能有着至关重要的作用。传统的孔隙水压力计算方法忽略土体内部孔隙中流体流动及流量变化对孔隙水压力的影响,导致计算结果偏小。为修正此计算误差,基于孔隙数目-尺寸分形模型,推导出土颗粒材料孔隙度与分形维数之间的演化公式,并结合孔隙水流动方程及压力方程推导出饱和土孔隙水压力与分形维数、孔隙水压缩模量及孔隙间流量变化之间的函数关系。并使用此孔隙水压力计算公式对饱和黏土边坡进行数值分析验证公式准确性及实用性。所得公式可用于饱和土体的有效应力及抗剪强度计算修正,并可应用于饱和土体宏观-微观的多尺度液相-固相耦合渗流分析。     

基于 LDV 测量速度场计算三维机翼表面压力分布

本文基于线路积分原理，用ＬＤＶ测量三维机翼周围的速度场，然后把它们作为已知量代入到雷诺方程，欧拉方程和贝努利方中去解压力。     

NONSTRUCTED GRID MESH FINITE VOLUME METHOD AND APPLICATION

Finite Volume Method (FVM) which can solve fluid problems effectively is used in this paper. Gauss theorem is used to transfer volume integration to area integration , by which the relation formula of the nodes around each element is founded based on the constancy of the flux into and out of the element. With that the discrete equations are obtained. This method with free cubic element is applied in 3D seepage and tidal flow problems. From the practice it can be found that seepage flux is more accurate than FEM and FVM also has the advantages of good stability, convenience of solving. easy programming, less computing time and storage.     

出口段收缩式有压泄水洞流量系数的试验分析

有压泄水洞的泄流能力是一个涉及其规模、尺寸的关键问题,是设计中必须解决的水力学问题。从有压恒定流的伯诺里方程出发,对有压泄水洞的流量计算进行了理论分析,并以已建工程试验数据为基础,提出了流量系数的经验计算式。     

NUMERICAL COMPUTATION OF PRESSURE GRADIENT FOR THE FLOW OF POWER-LAW FLUID IN ANNULUS WITH INNER CYLINDER EXECUTING A PLANETARY MOTION

With the governing equations for the flow of the power-law fluid in annulus with the inner cylinder executing a planetary motion being transformed by using the undetermined coefficient method, the formula of pressure gradient for this flow under the given flow rate and the relevant numerical calculation method are given in this article. Through the experiments on the flow of Hydrolyzed Polyacrylamide (HPAM) aqueous solution which can be regarded as a power-law fluid, the calculated results of the pressure gradient values are compared with measured data, the mean relative error between them is smaller than 5%, which verifies the results presented in this article.     

预测气垫式调压室运行中的漏气量的模型研究

在调压室的设计中，预测其在运行中的空气损失量是极为必要，因为漏气量严重影响着调压室的工作性能。调压室运行中气室的超压空气通过围岩裂缝向周围渗漏的过程是涉及气体驱替孔隙水的水－气二相流过程，目前对调压室漏气量的预测大多采用经验公式。作者基于多相流理论，同时考虑水相和气相的流动及相互作用，建立水－气二相流模型，针对气垫式调压室运行过程中气压室内的气体沿单裂缝向粘土夹层渗漏的水-气二相渗流过程进行了探索性研究。模拟了不同的围岩孔隙水压力与调压室内气压力比值情况下的气压室漏气情况，结果表明，当该比值增大时，漏气量将迅速减少，验证了设置水幕的防漏措施的有效性。由于水-气二相流模型可以充分考虑调压室地质条件，水幕的压力，气室气压及围岩性质等因素的影响，为空气损失评估、水幕设计及对漏气严重的调压室进行修补提供了新的研究思路。     

水击基本方程的改进

本文首先指出了当前用于水击计算的数学模型中的连续性方程式在恒定流时不能成立的问题,并通过进一步的理论推导,得到了新的水击波速计算公式和新的连续性方程。新的水击波速计算公式表明水击波速并非是一个常量,它的大小随流体动能沿程变化率与压强势能沿程变化率之比的变化而变化,同时也随管道断面相对变化量与压强相对变化量之比的变化而变化。新的连续性方程改善了老方程存在的不合理现象。本文还通过对水击现象的计算比较,进一步说明了老方程的确存在不合理现象,而新方程的计算结果是合理的。最后,分析指出了当前用于水击计算的连续性方程式在恒定流时不能成立的原因所在。     

基于四边形面积坐标的自然单元法

自然单元法是一种基于自然邻接点插值求解偏微分方程的无网格数值方法。它使用Voronoi图或Delau-nay三角形作为背景积分网格。面积坐标是一种自然坐标,具有任意不变性,在求解离散点集刚度矩阵时可直接得到积分显式而不需依赖于数值积分。基于四边形面积坐标的自然单元法使用平均值定理将求解域内平均应变值由散度定理转化为区域周界上的环路显示积分,改进传统的积分格式。算例表明,这一积分方案能进一步精简计算量,提高计算效率,是一种自适应的数值计算方法。     

明满交替流数值模拟中的精细积分法

建立具有统一形式的明满交替流控制方程。由于系统阵刚性而导致明满交替流数值模拟的计算精度低和收敛性差。在交错网格上对控制方程进行空间上的数值离散后，加入伪时间导数项进行预处理，改善系统阵的刚性。通过采用系统阵增维的方法将非齐次状态空间方程转化为齐次方程，避免了矩阵求逆运算，增强计算的稳定性；预处理后系统方程每一个物理时间步的求解都相当于一个稳态问题，需要花费大量的计算时间，借助于精细积分法可以采用大步长的优势来加快求解速度。有效地解决了明满交替流建模中由于刚性而引起的数值稳定性问题和预处理引起的积分时间较慢的问题。而且这一方法具有程序容易实现的优点。     

压水试验求测渗透系数的射渗理论与方法

就压水试验术测渗透系数提出了射渗方法与计算式。以期在某些限定范围与方向的情况下，借助于不稳定流获得参数。对管端出流与管周出流两种压水作分析并导出理论计算式，依靠电测数据求渗透系数。最后给出射渗的ｑ－Ｔ－Ｒ方程，还与传统的稳定渗流求渗透系数方法简作对照。     

聚类统计方法在高含沙水流挟沙力公式验证中的应用

本文先将挟沙力公式的计算值和实测值进行标准化，然后将聚类统计的方法运用于挟沙力公式的检验。对挟沙力公式按其计算结果的点群趋势和数值的接近程度进行定量分类，最后根据类的优劣评价不同公式。该方法既实现了从定量上对公式的评价，又克服了因检验资料数值差异过大引起的误差。文中选取了6组高含沙水流挟沙力公式进行聚类统计，结果表明这6组公式可分为3类，第一类公式包括张红武公式，第二类包括窦国仁公式、舒安平公式，曹如轩公式和刘兴年公式；第三类公式包括刘峰公式，且第一类公式与不同水流条件的实测值符合得最好。     

壁面喷流船用舵水动力的理论预测

本文提出具有壁面切向喷流的船用舵水动力学计算的一种方法,其中用Theodorsen方法求解钝尾有分离的势流问题。用Spalding统一边界层理论作粘性计算,以及用Lighthill的当量源方法考虑粘性/势流的耦合效应。通过对一个特定舵的计算,发现壁面喷流对提高舵效有较大潜力,预测了壁面喷流舵在船舶应用上有其研制开发的前景。     

推移质平衡输沙率公式研究

将确定性方法和随机性方法相结合,以单位时间内单颗粒泥沙的交换次数代替交换时间,基于颗粒受力平衡推导了推移质颗粒的平均运动速度。结合Bagnold水流功率和Einstein起动概率的基本概念,推导了一个推移质平衡输沙率公式。该公式的系数在临界起动时较小,但随水流强度的增加而增大,从而避免了诸如Meyer-Peter、Einstein、Bagnold、Yalin及Engelund等经典推移质公式难以兼顾低强度和高强度输沙率计算的问题。利用经典的推移质输沙率实测数据检验了本文公式,表明该公式具有较好的适用性。     

局部开孔防波堤对斜向波反射的理论分析和试验研究

本文通过理论分析和试验研究相结合的方法，探讨了斜向规则波与局部开孔防波堤的相互作用。流体运动的计算域被分成两个子域，一个区位于开孔沉箱结构物外侧，另一个区位于结构物内。在每个子区域内，应用分离变量法和特征函数展开法以求得相应的速度势，在速度势的特征展开中考虑了非传播模态波。理论计算与试验结果对比表明，二者符合较好。基于对不同因素影响的分析，给出了斜向规则波在局部开孔结构前反射率的简化计算公式，在工程设计中可用于预估类似条件下结构物前的波浪反射率。