从水动力学角度看三角洲前缘的沉积特征

三角洲前缘发育过程的深入剖析对沉积环境判断具有重要意义,有必要从水动力学角度深入探讨其形成特点与产生的机制。为此,从水动力学、水槽实验及水下地貌观察等多个角度,研究了河道水体的流速垂向分布、三角洲前缘沉积体发育的特点。研究发现,河流流速随深度增加单调降低的现象未被足够重视;中下游河床顺流向地形起伏增大,发育垂直于流向的水下沙波,而垂直于流向的河道断面地形起伏会越来越平缓;河流入海过程中,在水下一般以一条主流河道入海,水下不会出现分叉河道,且原先起伏的河床也会逐步填平补齐,由尖锐的V形或W型转变为U形。得出:三角洲前缘大多呈席状、扇状,而非顺流向带冲刷面的条带状;三角洲前缘亚相不发育水下分流河道、水下分流间湾等微相,在现代三角洲前缘亚相中找不到这些微相,且无水槽实验支持;提出了河道、三角洲沉积的水深—流速共同作用模式。

数字孪生中水动力学模型关键技术研究与应用进展

数字孪生技术正在水利行业快速应用发展。对水利数字孪生建设中水动力学模型的支撑作用进行了梳理分析,提出了水利数字孪生对水动力学模型的需求及解决方法。介绍了水利数字孪生中典型一维无压/有压水动力学模型模拟能力提升关键技术和大范围高精度二维水动力学模型计算效率提升关键技术。详细介绍了发展前沿中的坝堤溃决过程、暴雨山洪等特殊水动力学模型的数值挑战、关键技术、应用场景等方面内容。最后,从水动力学模型维度和功能、预测结果评估与实时校正技术、机理模型和数据驱动模型融合、虚拟计算与物理实体互馈模型等方面对水动力学模型发展方向进行了展望。研究成果可更好地支撑智慧水利建设。

基于水动力学模型和代理模型的水库动库容精细化计算

山区河道型水库存在较大动库容,库容计算不准确使得制定水库调度计划时出现较大偏差。根据水库水面线变化特点引入分段法将水库分段,并结合水动力学模型计算出水库动库容,实现水库动库容的精细化计算。同时针对水动力学模型在调度计划制定的实时计算中所面临的计算效率瓶颈,建立了基于RSMGU和RSLSTM的代理模型。以三峡水库为例,对基于水位—库容曲线所算得的静库容模型,水库动库容与之相比增大了约12%。以2020年汛期#4洪水为例,采用动库容法计算库容,可减小部分下泄流量,进一步发挥水库的防洪兴利能力;发现RSMGU更适合作为水动力学模型的代理模型。

Kriging水动力学代理模型在水库群优化调度中的应用

为解决传统水动力学模型结合调度模型求解耗时长的难题,使用代理模型模拟水动力学模型以提升求解效率。从金沙江下游—三峡梯级水库调度实际出发,结合水动力学和代理模型相关理论,建立了基于Kriging代理模型的水库群多目标调度模型并采用多目标进化算法对模型进行求解,最后采用投影追踪法对得到的多目标帕累托前沿进行决策。研究结果表明,代理模型的平均模拟误差≤1.5%,能够较为精确地替代原有长耗时水动力学模型并结合调度模型给出具有竞争关系的帕累托前沿及合理的折衷方案,对促进梯级水库综合效益发挥提供理论依据。

基于声子水动力学方程分析全环绕栅极晶体管的瞬态热输运过程

相较于经典的傅里叶定律,声子水动力学模型在描述纳米尺度超快声子热输运中已经展现出显著优势.全环绕栅极晶体管(GAAFET)通过三维沟道设计极大优化了电学性能,但其纳米尺度特征也导致自热问题和局部过热的挑战.基于此,本文针对纳米尺度GAAFET器件内的声子热传输特性开展理论和数值模拟分析.首先,基于声子玻尔兹曼方程严格推导了声子水动力学模型和边界条件,建立了基于有限元的数值求解手段,针对新型的GAAFET器件,分析了表面粗糙度、沟道长度、沟道半径、栅极电介质、界面热阻等因素对其热传输特性的影响规律.研究结果表明,本文构建的连续介质框架下基于声子水动力学模型及温度跳跃条件的非傅里叶热分析方法能够精确预测GAAFET内部非傅里叶声子导热过程,并揭示声子阻尼散射和声子/界面散射的作用机制.这项工作为进一步优化GAAFET的热可靠性设计,提高其热稳定性和工作性能提供了重要的理论支持.

纸尿裤吸水动力学模型构建与研究

纸尿裤产品开发和质量安全监控中,迫切需要开发一种准确的预测方法来快速评估纸尿裤的吸水性能。然而,纸尿裤的吸水性能受时间、pH、温度和盐浓度等因素的影响。为此,基于先前建立的二阶导数吸水动力学方程,结合溶液pH、温度和离子浓度的影响规律,建立了一种新的半经验模型来预测纸尿裤的吸水性能。结果表明,该模型能较好地预测纸尿裤在不同条件下的吸水率,其实际吸水率与预测吸水率的相对差异在4.5%以内。因此,该模型可为纸尿裤的质量控制提供良好的科学指导。

喀斯特地区坡耕地径流水动力学特征研究

为研究喀斯特地区坡耕地在不同条件下的水动力学特征,通过野外径流模拟试验分析在不同坡度和不同流量下的细沟径流侵蚀过程,深入研究细沟径流侵蚀过程中的径流水动力学特征。研究结果表明:流速随坡度的增大而上升,但两者相关性不明显;雷诺数(Re)随坡度的增大而减小,弗劳德数(Fr)和阻力系数(f)均随坡度的增大而增加;南明区、青岩和修文的雷诺数(Re)与弗劳德数(Fr)呈显著负相关关系(P<0.01)。研究结果对于认识不同坡度与不同流量下细沟径流侵蚀过程中的径流水动力学特征有重要意义,为喀斯特地区坡耕地土壤侵蚀与防治提供一定参考依据。

沉管隧道管段系泊系统水动力学分析

沉管隧道管段系泊系统是管节在安装过程中抵抗水流作用力和提供准确定位的前提保障,而系泊系统下的整体结构运动响应和锚缆受力则影响着施工阶段的安全性和经济性。文章以广州市荔湾区如意坊沉管隧道工程为实例,采用基于势流理论的水动力学仿真软件AQWA进行计算分析。根据实际数据进行结构三维有限元建模,先对系泊系统进行频域分析,再增加时域耦合分析,并考虑JONSWAP波浪谱和水流的共同作用,研究波浪入射角、环境组合方式等因素对该系统下运动响应和锚缆受力的影响。结果表明:管段在低频区域波动较大,随着频率增加逐渐趋于稳定;有效波高对管段运动响应影响较大;该系统下波浪入射角为90°时,锚缆张力出现最大值。

坡面片蚀泥沙有机碳组分及^(13)C同位素不均匀富集对水动力学参数的响应

[目的]探究片蚀泥沙轻组有机碳(LF_(OC))和重组有机碳(HF_(OC))不均匀富集的水动力学和碳同位素特征,为正确理解水蚀作用下土壤有机碳库变化提供理论与技术支撑。[方法]以陕西省咸阳市杨凌区土为研究对象,采用改进“三区”移动式变坡钢制土槽,结合人工模拟降雨技术,测定径流水动力学参数和泥沙各粒径团聚体有机碳组成及其δ^(13)C值,并辅以棕壤侵蚀泥沙有机碳δ^(13)C值和水力参数,验证土试验结果的准确性。[结果]①雨强和坡度较小时,侵蚀泥沙LF_(OC)和HF_(OC)易发生富集,且相较黏粉粒和微团聚体,大团聚体LF_(OC)与HF_(OC)含量受雨强和坡度的影响更大;②侵蚀泥沙黏粉粒中有机碳δ^(13)C值与其有机碳活跃分数(λ)呈负相关,而其他粒径团聚体有机碳δ^(13)C值与其λ呈显著正相关(p<0.05);③流速与黏粉粒λ显著正相关(p<0.05),雷诺数与各粒径团聚体有机碳δ^(13)C值均呈显著负相关(p<0.01),片蚀过程中流速越大,黏粉粒中LF_(OC)越易于优先输移,而紊流加剧则促进低δ^(13)C值团聚体有机碳的优先输移;④对于侵蚀泥沙黏粉粒,流速和雷诺数越大,其有机碳δ^(13)C值越小,λ越大;对于微团聚体和大团聚体,雷诺数越小,其有机碳δ^(13)C值与λ越大。[结论]片蚀过程中轻重组有机碳流失与流速和雷诺数密切相关。并进一步验证了^(13)C同位素对侵蚀泥沙有机碳示踪的有效性。

柔性尾鳍的形状对仿生机器鱼水动力学特性的影响研究

研究了仿生机器鱼不同形状柔性尾鳍的水动力学特性。根据仿生学观测结果,研制了4种形状的仿生机器鱼尾鳍,通过开展水动力学实验,对比分析了尾鳍外形、结构、材料和运动参数对水动力学参数的影响。结果表明,增大尾鳍的摆角幅度和摆动频率有利于提高推进力,但会引起游动的不稳定性;柔性强的新月形尾鳍具有较好的推进性能;展弦比越小的无鳍条尾鳍,高频游动性能越好,鳍条会降低尾鳍的高频游动性能。

水闸非线性水动力学建模与数值模拟方法研究

水闸在实际工程中的设计和运行涉及复杂的水动力学现象,而传统的数值方法难以捕捉这些动力学特征,尤其是在高宽比流动的情况下。因此,该研究引入了平滑粒子流体动力学(SPH)方法,其采用离散化的方式划分流体体积,并模拟流体的运动。通过SPH方法,建立了水闸非线性水动力学的数学模型,并进行了数值模拟,以更准确地理解水闸开启和关闭时的水动力情况。研究结果表明:采用SPH方法进行水闸非线性水动力学建模与数值模拟是一种有效的方法,有望改进水闸设计和运行的效率和安全性。该研究对于水利工程和水资源管理领域具有实际应用前景和重要价值。

基于二维水动力学模拟弯道河段进水河道水力流态研究

弯道河段进水河道地形复杂、水流湍急,导致其水流流态分析变得极为复杂。文章通过划分弯道河段进水河道网格和二维水动力学模型的设计计算,确定了水流流态边界条件以及断面流速均匀度,以此实现弯道河段进水河道水流流态分析。测试结果表明:基于二维水动力学模型对监测点1的水流流态分析结果为,最大流速为2.25m/s,流速平均为1.8m/s,结果符合实际情况。证明基于二维水动力学模型的弯道河段进水河道水流流态研究能够精确模拟弯道河段的水流运动,有助于深入理解弯道河段的水流特性。

结合水动力学法在平原型水库浸没评价中的应用

水库运行后地下水位壅高预测是水库浸没评价的核心内容之一,主要有解析法及结合水动力学法两种,对平原区水库二元结构地层,规范推荐采用结合水动力学法,该方法预测的准确性受盖层的起始水力坡降与承压水头两个参数控制。文章基于工程实例,探讨了基于结合水动力学法的浸没评价流程、参数选取等问题,可供类似工程参考。

气-液多相流工况下两栖垃圾寻迹车水动力学特性研究

目的 为了保证两栖垃圾寻迹车在水面、陆地复杂环境中可以快速、平稳地行驶,研究了气-液多相流耦合作用对两栖垃圾寻迹车水动力学特性的影响。方法 结合流体动力学分析理论,建立两栖垃圾寻迹车水动力学特性分析模型,并对其性能参数进行详细分析。结果 行驶速度和升沉比会使得车身周围水面产生波动,降低两栖垃圾寻迹车水动力学稳定性。结论 两栖垃圾寻迹车升沉比不宜过小,且行驶速度不宜过高。

某超高速两栖车辆水动力学特性分析研究

以某超高速两栖车辆为研究对象,其车体采用M型构型,针对其水上高速滑行状态,利用计算流体力学(CFD)开展水动力学特性分析研究,重点对流场、阻力特性、升沉特性、纵倾及其力矩等进行了研究.结果表明,车辆在航速35 km/h左右时阻力达到峰值,在航速50 km/h时完全处于滑行状态,且其升沉和纵倾特性表明,车辆在各航速下能够稳定航行.

淡水河一维-二维耦合水动力学模型构建及应用

对淡水河干流、主要支流、淡澳分洪河采用一维水动力模型建模,对惠阳主城区进行二维水动力模型建模,利用河道两岸进行一维、二维水动力耦合,模拟淡水河溃漫堤洪水演进过程。结果表明:除桥南排涝站到淡水站河段,水面线误差在20cm以上外,其余河段水面线偏差均在20cm以内,一维-二维水动力学模型计算的淡水河的洪水演进过程总体较为合理。研究成果对于流域防洪风险图的绘制具有重要参考价值。

改良楔形叶片旋转空化器水动力学特性数值模拟分析

[目的]旋转空化器是通过高速旋转的叶片在水中产生超空泡来满足不同工程实际应用需求,有必要对叶片形状进行改良设计以提高其工作性能,探究叶型改良对空化器水动力学特性的影响。[方法]首先,针对旋转空化器楔形叶片的原始叶型进行改良设计,建立叶片改型前、后旋转空化器的三维几何模型;然后,基于ANSYS Fluent软件对原始叶型和改良叶型空化器在不同转速下的自然空化流场开展数值仿真计算;最后,根据计算结果对二者的水动力学特性进行对比分析。[结果]结果显示,相比原始叶型,改良叶型产生的空泡除存在于叶片出口边外,还可以存在于副进口边,这两部分的空泡会随着转速的升高而逐渐连接成一个整体,因而改良叶型空化器产生的空泡尺寸更大,产生的自然空化更强;改良叶型在叶根处产生的空化效应较强,而原始叶型在叶尖处产生的空化效应更强;当转速较高时,改良叶型产生的空泡会与旋转空化器装置的四周壁面接触,导致空泡尾部形态沿半径呈直线型变化。[结论]所做研究可为旋转空化器的设计和应用提供重要参考。

抽水蓄能机组的水动力学与稳定性

随着全球对气候变化的关注不断增加,许多国家纷纷采取行动,以减少碳排放并转向更可持续的能源。目前,在我国的电力系统结构中,火电的比重偏高十分明显,主要依赖煤炭等不可再生能源,这导致碳排放量大幅增加,并对环境造成了严重污染。在这一背景下,我国也提出了实施双碳目标的承诺,即到2030年实现碳达峰,到2060年后实现碳中和。为实现这一目标,中国需要进行能源利用方式的转换,其中抽水蓄能机组的重要性逐渐凸显。

空间并联弹簧波能转换装置水动力学研究

针对波浪能转换装置(WEC)能量捕获效率问题,设计了一种含有空间并联弹簧组件的非线性动力输出系统(PTO)。基于牛顿第二定律建立了浮子垂荡运动微分方程,获得给定波浪激励下振荡浮子的运动学规律。基于入口边界法构建三维规则波数值波浪水槽,并进行了波能转换装置流固耦合动力学仿真分析,计算结果同理论模型结果一致。进一步考虑空间并联弹簧的弹性系数、空间几何夹角以及波高、波浪周期等波浪参数对装置波能转换效率的影响,获得PTO系统弹簧刚度系数的优化设计区间以及弹簧空间夹角取值区间。研究结果对非线性波能转换器的设计与优化具有重要的工程意义。

基于水动力学模拟的灌区输配水系统优化调控模式研究

针对新疆建设兵团灌区目前存在的先进田间高效节水新技术对应着低水平、粗放型的运行管理,输配水已不能满足作物在滴灌技术模式下的灌溉需求,作物关键期需水得不到保障,滴灌技术难以发挥应有的效益等问题,以渠道的水动力学模拟为基础,结合特色作物棉花、红枣、玉米等典型农作物所需的滴灌灌溉制度,建立基于输配水系统水动力过程精准模拟的灌区渠道优化调控模型,并采用有限体积法和遗传算法求解。该模型在兵团典型灌区进行了示范应用,结果表明,基于输配水系统水动力过程精准模拟的灌区渠道优化调控模型,能够精准模拟渠道输配水过程,制定的输配水方案高效合理,能够缩短配水时间,减少弃水,保障作物关键期需水。在此基础上,提出了灌区输配水优化调控模式,实际灌溉中可根据灌溉需水情况采取相应的调控模式,为灌区每一次灌溉调控提供依据。