硬盘驱动器头盘界面时域问题的有限元隐式算法

本文提出了一种有限元隐式算法,用于求解磁头浮动块在盘面上飞行的时域问题。计算表明,该方法具有稳定性好,可采用的时间步长大,计算量小,精度高等特点,计算结果与前人计算及实验结果相吻合     

亚塑性本构模型的隐式数值积分算法

针对亚塑性本构方程率型隐式的特点,推导了求解亚塑性本构方程的隐式数值积分算法,并对该算法做了进一步改进,引入自适应时间步长技术,在保证精度和收敛速度的前提下,通过合理选择时间步长,降低了计算时间,保证了该计算程序的可靠性。通过采用该算法所编制的Gudehus_Bauer亚塑性模型有限元程序,对已知算例进行验证计算结果表明,本文算法比较精确。最后对一堆石大堤进行了应力变形的亚塑性数值求解,所得结果合理,反映了该大堤堆石料的主要应力应变特性,表明本文算法求解实际工程问题时可行。     

硬盘驱动器头盘界面时域问题的有限隐式算法

本文提出了一种有限元隐式算法，用于求解磁头浮动块在盘面上飞行的时域问题，计算表明，该方法具有稳定性好，可采用的时间步长大，计算量小，精度高等特点，计算结果与前人计算及实验结果相吻合。     

数值求解不可压Navier-Stokes方程的隐式算法

本文提出了一个求解二维不可压Navier-Stokes方程的隐式算法。这种方法隐式联立地处理了控制方程,和一般的迭代算法相比它具有更好的稳定性和收敛性。二维Poissuill流动的数值解和分析解是非常一致的,S形流道内分离流的计算结果和实验结果相比也是令人满意的。     

基于隐马尔可夫模型的安徽省降水特征研究

通过隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model,HMM)对安徽省降水规律及特征进行分析模拟,以验证其在区域性降水方面的适用性。采用包含4个隐式状态的HMM对省内6个主要城市的多年日降水数据序列进行拟合。用贝叶斯信息准则(Bayesian Information Criterions,BIC)确定模型中隐式状态数量,用Baum-Welch算法训练得到最优模型参数,用Viterbi算法确定模型中最优状态序列。采用上述方法模拟安徽省6个城市在1960—2009年夏季共50个时段的降水情况。前40 a用于模型分析训练,后10 a用于模型验证及评价,结果表明HMM能更好地模拟降水特征,具有较高的实用性。     

一种半隐式可压缩空化流场的数值模拟方法

基于流体体积法(VOF),该文建立了可压缩空化流场半隐式直接数值模拟方法.并结合Zwart空化模型,建立了体积分数和守恒量的相对变化速率之间的关联,修正了各相的动量和能量方程,体现空化过程对动量和能量传递过程的影响,使用预测-校正法求解液相压力的补充方程,并通过质量分数加权汽相的状态方程获得混合相总压力.该文在一维激波...     

不同坡降影响下弯道式引水渠首水流三维数值模拟研究

采用基于VOF法的RNGkε-紊流模型,对不同横向坡降下的弯道式引水渠首水流进行三维数值模拟,分析了弯道段渠底坡降对水流速度场的影响。计算结果表明:存在一定横向坡降的弯道较平坡相比,在凹岸处增加了一个与主环流同向的小环流,且其纵向主流速最大值向凹岸偏移程度大于平坡。由此得出,存在一定横向坡降时的弯道式引水渠首的水流流速结构更有利于引水渠首引水排沙的需求,能更好的满足实际工程需要。     

Preissmann隐式格式在弯曲河道中的应用

对弯曲河道基于Preissmann格式的水流计算提出了可行的方法 ,进一步扩充了明渠一维非恒定流计算 (隐式 )程序包MYBC/Y1的功能 ,经长江江苏段内水流的实例计算 ,取得了较为理想的结果。     

A NEW IMPLICIT SCHEME FOR SOLVING 3-D SHALLOW WATER FLOWS

Based on the improved ADI method, this article proposes an improved implicit finite difference scheme for solving 3-D shallow water flows. The main objective is to design a numerical relation between the horizontal velocity on each layer and the depth-averaged velocity for employing the improved ADI method. With the free surface elevation and the depth-averaged velocity obtained by using essentially 2-D depth-averaged mode, the velocity profiles can be obtained easily and simultaneously. The wind-induced flows, the open channel flows due to the pressure gradient and the tidal flows in coastal waters are simulated, and the results are consistent well with the analytical solution and the field data, which shows that the present implicit scheme is stable and effective, and the established model is practical. Moreover, when only one vertical layer is specified, the present 3-D numerical model is reducea to the 2-D depth-averaged model.     

江湖系统显式与隐式二维水动力模型比较

深入认识大型江湖系统水动力特性,需要使用平面二维数学模型代替传统一维数学模型开展模拟和研究。当以高分辨率计算网格作为前提时,大型江湖系统二维水动力模型“计算精度与效率”的矛盾则转化为计算效率瓶颈。以荆江-洞庭湖系统为背景(剖分为32.8万个四边形单元,最小网格尺度约50 m),选用MIKE21模型和一种半隐式欧拉-拉格朗日模型,开展大型江湖系统显式、隐式水动力模型性能的比较研究,探讨大型江湖系统高分辨率二维模型的可实用性。研究结果表明:显式模型稳定性较差,允许的最大时间步长为0.8 s;隐式模型稳定性好,时间步长可达60 s以上;在常规16核工作站的效率测试结果表明,显式模型具有良好的可并行性,加速比随核心数量基本呈现线性变化;隐式模型(使用预测-校正分块并行计算方法)亦可取得非常大的加速比,在16核心并行条件下加速比S_p可达11.1;模拟荆江-洞庭湖系统1年的非恒定流过程,显式、隐式模型的耗时分别为411、10.76 h(16核),后者计算效率是前者的38.2倍,可满足大型江湖系统整体高分辨率平面二维水动力模拟的实用性要求。     

非结构网格浅水方程隐式解法

基于非结构网格模拟河道复杂边界的研究域,应用算子分裂法剖分浅水方程,采用有限体积法离散,建立隐式格式的通量计算,构造一种模拟二维水流运动的隐式算法。该方法具有计算稳定的特点,并应用于长江南京段分汊河道的流场模拟,计算结果与实测结果吻合良好,验证了算法的可行性和有效性。     

具有复杂计算域和地形的二维浅水流动数值模拟

本文采用非结构化网格的有限体积方法,对具有复杂计算域和地形的二维河道进行数值模拟。采用Roe格式的近似Riemann解计算界面通量,对地形变化源项采用特征分解平衡界面通量以保证格式的和谐性,对摩擦力源项采用隐式或半隐式求解以增加格式的稳定性。通过与混合流算例理论解比较,验证了格式是和谐性的并具有良好的间断捕捉能力与稳定性。应用此方法对地形复杂,存在多处险滩和深潭的某河段进行了实际模拟,数值计算结果和模型试验结果吻合较好。     

基于非结构化网格建立求解具有复杂地形的浅水流动的数值模型

采用有限体积法,基于非结构化网格上建立求解具有复杂地形的浅水流动数值模型。采用Roe格式的计算界面通量,引入一种单元界面处近似水深的方法来处理地形变化源项,并证明了在非结构化网上满足和谐性条件,此外,此方法还能有效的应用到现存的激波捕捉方法,如HLL、HLLC和CU格式等。通过两个算例,验证了格式是和谐的并具有良好的间断捕捉能力。     

求解不可压层流的一种全隐数值格式

该文基于SMAC(simplified marker and cell)方法,发展了一种在任意曲线坐标系中求解不可压黏性层流的全隐数值格式。基本方程是以逆变速度为未知变量的动量方程和关于压力修正量的Poisson方程。所有方程离散在MAC交错网格系统中进行。根据构造的全隐数值格式自编程序对一可简化成二维层流的后台阶流场进行计算,通过与已有的实验结果和计算结果进行比较,确认目前的计算结果优于比较的计算结果,和实验结果也相当吻合。为进一步验证该数值格式的可靠性,扩展程序对三维后台阶层流进行计算,结果表明,三维计算结果比二维计算结果更加接近实验结果。     

二维浅水流动的有限元进行数值模拟

建立了并行计算系统工作站机群，实现了浅水流动的并行数值模拟。采用信息传递接口(MPI)为通讯库，实现了基于图论的区域剖分方法，并且提出了一种显隐交错的数值格式，该格式具有数值计算精度高，适合并行计算的特点。计算了较低雷诺数下（R<300）方柱绕流的情况。并与Suzuki及Breuer的结果进行了比较。     

United friction resistance in open channel flows

It is now over half a century since Keulegan conducted his open channel flow experiments.Over the past decades,many empirical formulae were proposed based on his results,however,there is still not a combined expression to describe the effects of friction over all hydraulic regions in open channel flows.Therefore,in this letter,based on the analysis of the implicit model and the logarithmic matching method,the results of Keulegan(for authentic experiment data are no longer available,here we adopt the analytical solutions given by Dou)are rescaled into one monotone curve by combining the Reynolds number and the relative roughness of the river bed.A united expression that could cover the entire turbulence regions and be validated with Dou’s analytical solutions is suggested to estimate the friction factor throughout the turbulent region in open channel flows,with higher accuracy than that of the previous formulas.     

浅水流动有限元分析及其高分辨率格式

 建立了一种高分辨率格式的有限元法,并在此基础上对二维浅水流动的间断问题进行了数值 模拟。该有限元格式同传统的有限元法相比,既具有较高的离散精度,同时又能避免间断 附近的高频振荡和对流占优造成的虚假振荡。文中算例给出的以浅水方程作为控制方程的溃 坝流动的模拟结果同高分辨率格式的有限体积法、有限差分法的模拟结果吻合较好,表明 文中的格式是可靠有效的。     

平面二维溃坝水沙输移动床数学模型研究

为数值模拟溃坝洪水作用下泥沙输移及河床变形,建立了无结构三角形网格的平面二维水沙耦合数学模型。水动力学模型采用浑水流动方程,考虑了泥沙输移及床面冲淤变化对水流动量的影响;泥沙输移采用不平衡泥沙输移模式。模型数值计算格式采用守恒性较好的有限体积法,单元界面的对流通量采用基于近似黎曼解的Roe格式计算,扩散通量采用中心格式,不平衡泥沙输移方程采用坡度限制的二阶空间精度格式离散。模型经经典算例和小尺度瞬间全溃的动床实验资料检验,水面、床面及流速等计算结果与实验资料或解析解等比较吻合,分析了动床与定床水面及洪水传播速度的差异。在上述检验的基础上,采用动床模型对某河道型水库溃坝诱发的水沙运动进行了数值模拟,结果表明溃坝洪水下水流、泥沙及河床变形发生强烈的相互作用,采用水沙及河床变形耦合的数学模型是必要的。     

浅水流动与污染物输运的高分辨率计算模型

将基于流向量分裂技术的两步有限体积分量方向TVD格式应用于求解浅水方程和污染物输运方程,建立了二者耦合求解的高分辨率计算模型。实际算例表明,该模型能较好地计算浅水流动和污染物输运问题,为浅水流动和水环境模拟提供了精度高、稳定性好的数值计算模型。     

一种高效实用的河网水动力数学模型研究

本文建立了河网的水动力数值模型,该模型可以解决树状的（如集水系统）、环状的、有分支的（如灌溉系统）以及任意组合的河网或渠道系统的水动力问题。利用Fortran语言自定义数据类型变量（或C语言的结构体类型变量）在构建数据结构方面的灵活性,把复杂的河网分成河道和节点两大类进行数据结构的构建以及数据的存储和使用。在节点的连接处理上,虽然本文的方法是基于三级联解的一种改进方法,但我们在已有的工作的基础上,避免了直接联立求解大型线性方程组。这样就没有系数矩阵的带宽问题,加上在构建数据结构的灵活性,使得河网中河道和又点可以任意编号,甚至可以不连续编号。利用几个典型算例,我们对模型进行了可靠性和精度分析,计算结果与前人的计算结果吻合较好。