网格尺度对三维水动力模型模拟滨海地区潮流特性影响的数值分析

构建了三门湾三维水动力模型,将计算结果与实测资料进行对比分析后设置了不同的网格尺度,对三个断面和四个典型点的潮流特性进行了分析。结果表明:当研究水域为港汊较多、地形复杂的海湾时,数值模拟计算值的相对偏差会随着网格尺度增大而增大,当网格尺度增大到一定值时,相对偏差会由于多种误差的正负累积而趋于稳定。地形是影响潮流计算的关键因素,在地形变化剧烈和水深较小的潮间带水域的潮差和流速值相对变化较大,在水深较大的平坦区域则几乎不受网格尺度的影响;流向对网格尺度的敏感程度较低,与网格尺度无明显关系;水平涡粘系数与网格面积呈正相关,且网格面积对流速变形率Sij较大处影响较大。综合分析,在进行潮流计算时,需要在地形复杂的岸边、水深较小的潮间带以及岛屿间进行网格的加密处理,考虑计算时间、模型计算的稳定收敛以及计算值的精确度等因素,确定合适的计算网格尺度,使得计算结果满足精度要求。

不同网格尺度对浮体水动力学性能的影响

鉴于网格尺度的选择对水力模型数值模拟的精确性和稳定性具有重要影响,应用FLOW-3D软件,采用RNGκ-ε紊流模型,利用VOF法追踪自由表面,对不同网格尺度下浮体结构的水动力学特性进行分析,重点对比网格尺度的选择对流体与浮体结构交界面的影响,同时给出了流速、流线、流量及自由表面的变化,并与试验结果进行对比,得到最优网格尺度。结果表明,当选用最小结构尺寸0.1倍的网格尺度模拟浮体结构时,不仅可以满足网格的独立性要求,而且与试验测量的各水力学要素精度误差都小于1.50%,从而为类似的数值模拟提供了一定的参考依据。

网格尺度、时间步长和颗粒堆积率对射流床CFD模拟的影响

采用欧拉-欧拉双流体模型,在CFX4.4软件上增加用户自定义子程序模拟了高2.0m、宽0.3m的二维射流床内空气和玻璃珠体系的流体动力学特性.考察了网格尺度、最大颗粒堆积率和时间步长对射流的形成及发展过程、射流穿透深度及射流频率的影响,并与实验数据进行了对比.结果表明,对于本研究的气固体系,当床层下部纵向网格数为100、时间步长0.0005s时,不仅可以满足网格尺度和时间步长的无关性要求,而且模拟的射流穿透深度和射流频率与实验测量值的误差分别为5.7%和3.8%.最大颗粒堆积率在本研究范围对模拟结果的影响可以忽略.

油藏模型网格尺度对油藏模型精度的影响

油藏模型是利用计算机通过三维网格来再现油藏的地下实际地质状态和参数的,在油藏资料覆盖程度和分辨率一定的条件下,网格尺度要有一个适度的选择。利用油藏数值模拟技术分析了不同网格尺度对油藏模型精度的影响,认为网格步长过大,油藏模型将不能正确展示油藏资料表现油藏地下实际状态的程度,过小则只能增加工作量和研究周期,对提高油藏认识程度并无实质性意义。

DEM网格尺度对水文模拟影响的研究

选择汉江上游旬河流域为研究对象,研究了DEM网格尺度对提取流域地形特征参数的影响,采用基于地形指数的TOPMODEL模型进行水文模拟,进而分析DEM网格尺度和不同流向分配方法对径流模拟结果的影响。结果表明,DEM网格尺度对流域地形特征参数的影响还比较大,但由于模型参数率定采用了优选算法,掩盖了不同DEM网格尺度和不同流向分配方法计算的地形指数的差别,使得模拟的结果相差不大。但随着网格尺度的增大,多向分配法模拟的结果要比单向分配法好一些。

模型燃烧室湍流亚网格尺度模型

分别采用Smagorinsky-Lilly和k方程亚网格尺度模型,在任意曲线坐标系下对模型燃烧室湍流流场进行大涡模拟。分别用QUICK和二阶隐式差分格式离散控制方程及其时间项,并用SIMPLE算法进行求解。计算结果与PIV测量数据比较表明:大涡模拟方法能较好模拟旋流器后面回流区的瞬态变化,两种亚网格尺度模型都能较好模拟湍流流动,但k方程亚网格尺度模型稍优于Smagorinsky-Lilly亚网格尺度模型,因此采用k方程亚网格模型更适用于大涡模拟实际燃烧室复杂湍流流场。

水体空间分布多样性分析的网格尺度研究

水体空间分布多样性的提出为地表水资源的分布特征评价提供了一种新的思路和方法,网格尺度设置是其研究结论获取的前提条件。以河南省内5个典型样区为例,计算了14种不同网格尺度下水体空间分布多样性的变化特征,以期探索水体空间分布多样性研究中合理网格尺度的设置准则。结果表明,水体空间分布多样性研究中的网格尺度设置为2km^500m之间为宜。

基于人工神经网络的非结构网格尺度控制方法

网格自动化生成和自适应是制约计算流体力学发展的瓶颈问题之一,网格生成质量、效率、灵活性、自动化程度和鲁棒性是非结构网格生成的关键问题.在非结构网格生成中,网格空间尺度分布控制至关重要,直接影响网格生成质量、效率和求解精度.采用传统的背景网格法进行空间尺度分布控制需要在背景网格上求解微分方程得到背景网格上的尺度分布,再将网格尺度从背景网格插值到真实空间点,过程十分繁琐且耗时.本文从效率和自动化角度提出两种网格尺度控制方法,首先发展了基于径向基函数(RBF)插值的网格尺度控制方法,通过贪婪算法实现边界参考点序列的精简,提高了RBF插值的效率.同时,还采用人工神经网络进行网格尺度控制,初步引入相对壁面距离和相对网格尺度作为神经网络输入输出参数,建立人工神经网络训练模型,采用商业软件生成二维圆柱和二维翼型非结构三角形网格作为训练样本,通过训练和学习建立起相对壁面距离和相对网格尺度的神经网络关系.进一步实现了二维圆柱、不同的二维翼型的尺度预测,RBF方法和神经网络方法的效率与传统背景网格法相比提高了5~10倍,有助于提高网格生成的效率.最后,将方法推广应用于各向异性混合网格尺度预测,得到的网格质量满足要求.

Navier-Stokes(NS)方程组差分计算中的物理和网格尺度效应及NS方程组的简化

对于高Re数流动计算 ,在通常二阶精度NS差分格式和网格数条件下 ,存在某些粘性项落入修正微分方程截断误差项的问题。这类NS方程组计算实际是计算某种简化NS方程组 ,而且重复计算误差物理粘性项既浪费机时和内存 ,误差积累又会对数值解产生不可预测的影响。避免上述缺陷的办法一个是提高NS差分格式的精度 ,另一个是丢掉可能落入截断误差项的物理粘性项 ,把NS方程组简化为广义NS方程组。广义NS计算避免了误差物理粘性项误差积累对数值解的不可知影响 ,又可节省内存和机时 ,对高Re数流体工程计算很有好处。利用广义NS方程组计算超声速绕前向和后向台阶流动的结果表明

加肋圆柱壳结构的FE-BE算法网格尺度划分原则研究

研究结构有限元耦合流体边界元算法(FE-BE算法)中结构湿表面的网格尺度划分原则具有十分重要的意义。以有限长加肋圆柱壳为研究对象,采用波数谱分析方法分离出结构主振型分量(携带能量最多的振动模式)。根据分析结果提出FE-BE算法中结构湿表面的网格尺度划分原则,并采用FE-BE算法验证了该原则的有效性。

亚网格尺度稳定化有限元求解不可压黏性流动

从亚网格尺度稳定化方法的基本原理出发,提出了适合时间推进求解非定常Navier-Stokes方程获得定常解的SGS稳定化方法.基于一定程度的近似和简化,获得了与时间步长相关的稳定化参数,从而排除了传统SGS稳定化方法在求解高Re数、小时间步长问题时所引发的数值不稳定性.把SGS稳定化方法应用于求解不可压湍流,结合标准k-ε湍流模型和壁面函数法估计湍流黏性系数,详细讨论了壁面函数法的实施、湍流输运方程的求解和保证湍流变量非负性的限制策略,发展了时间推进求解不可压湍流的分离式算法.二维外掠后台阶层流和湍流计算结果表明,该方法求解不可压黏性流动是可行的,并且具有稳定性好、计算精度高的特点.

加肋圆柱壳结构的FE-IE算法网格尺度划分原则

为了研究结构有限元耦合流体无限元算法的网格尺度划分原则,提出有限元-无限元算法中结构湿表面的网格尺度划分原则。数值计算结果表明,对加肋圆柱壳而言,在保证一个肋骨间距至少有2个有限元单元的前提下,将结构主振型弯曲波波长作为有限元-无限元算法中结构湿表面网格尺度划分的参考标准是可行的,即保证一个主振型分量波长内至少有6个有限元单元。提出以结构主振型分量的弯曲波波长(而不是最短的结构波长)作为有限元-无限元算法中网格尺度划分的参考标准,所得结论对于有限元-无限元算法中结构湿表面的网格划分以及控制内域流体有限元数量均具有十分重要的参考意义。

用二阶矩亚网格尺度燃烧模型对丙烷-空气旋流扩散燃烧的大涡模拟

用二阶矩(SOM)亚网格尺度燃烧模型对环缝进燃料的丙烷-空气旋流湍流扩散燃烧进行了大涡模拟(LES).模拟得到统计平均的热态3个方向的速度、湍流度、温度、丙烷、氧和CO2浓度分布,其值与实验数据符合很好.结果表明,二阶矩(SOM)亚网格尺度燃烧模型适用于大涡模拟.环缝进气使湍流脉动强度、各向异性程度和温度分布趋于均匀.

地震层析算法网格尺度适应性改进

常规地震走时层析成像算法由于很少考虑网格尺度对反演结果的影响,容易导致计算结果受到网格尺度很大的制约,即只有在某一个特定的网格尺度之下,算法的计算结果才是比较可靠的。针对这一问题,本文提出了通过改进的插值算法、结合层内与层间处理的平滑算法、以及计算区域边缘递推算法,以提高算法的网格尺度适应性,使不同尺度之下的反演结果,都能够与实际情况相符,并使其变化规律保持一致。实验结果表明,该方法不仅提高了层析成像结果对网格尺度的的适应性,也提高了反演精度,使得结果更加符合实际的地质结构情况。

网格尺度下的城市自然灾害应急救援能力评价研究——以四平市为例

为了弥补行政区尺度的城市自然灾害应急救援能力评价精度不足问题,本文提出了基于网格尺度的城市自然灾害应急救援能力评价方法。网格具有栅格数据的显示形式,同时又有矢量数据的属性信息,通过对数据网格化使矢量数据更加详细化,从而提高评价精度。实现了基于网格尺度的城市自然灾害应急救援能力评价,以期为城市自然灾害应急救援工作提供服务。

一种适用于逻辑回归模型评价浅层滑坡易发性的网格尺度划分方法——以2019年福建省三明市群发浅层滑坡为例

滑坡易发性评价是滑坡防治研究的重要内容之一。在逻辑回归模型中,常用网格单元作为滑坡易发性评价单元,具有划分简单,回归效率高的优点。然而,在构建模型时直接将研究区的栅格数据转换为矩阵,每个栅格表示一个评价单元,存在滑坡样本不平衡,滑坡地形参数指标不能反映真实的滑坡地形等问题,造成评价效果统计显著性低。本文以2019年福建省三明市的群发性浅层滑坡为研究对象,借助DEM数据和航拍影像整理出131个滑坡的面积、高程、岩性和道路建筑邻近性,采用改进高程矩阵,获得了更真实的滑坡坡度、剖面曲率和平面曲率等地形参数。根据各影响因子的标准滑坡频率对滑坡的贡献分级,建立了不同网格尺度的滑坡易发性逻辑回归模型。比较了假设检验中p值大小以及100 m×100 m,200 m×200 m,500 m×500 m和1000 m×1000 m等不同网格尺度的滑坡易发性评价结果,确定以500 m×500 m网格为基本单位的逻辑回归模型评价效果最佳。研究表明改进后的高程矩阵计算的滑坡地形参数能够更好地描述滑坡的地形特征。在评价滑坡易发性时,逻辑回归模型中的网格尺度大小应确保滑坡发生样本为总样本的30%~70%,以避免被低估或高估;总样本数应该在50以上,以避免模型不显著。本文提出了适用于逻辑回归模型评价滑坡易发性的网格尺度划分方法,可为滑坡的防灾减灾研究提供一定参考。

XY-SAS模型中不同网格尺度限制器的影响分析

XY-SAS(Xu&Yan Scale Adaptive Simulation)模型通过在SA(Spalart-Allmaras)模型耗散项的湍流尺度中引入基于平均涡量的冯卡门长度尺度,在不稳定流动区域具有类似LES(Large Eddy Simulation)的计算性能,且不存在DES(Detached Eddy Simulation)方法中RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes)与LES的交界面问题.由于SAS类模型预测的湍流能谱存在高波数衰减不足的缺陷,需要进一步在湍流尺度中引入网格尺度作为限制器.采用不同形式的网格尺度限制器构造了3种XY-SAS模型,对Re=3 900的圆柱绕流进行数值模拟,并与DES及实验数据进行比较.结果表明网格尺度限制器对XY-SAS模型的计算性能有较大影响,以最小网格间距作为高波数衰减限制器是较为合理的选择,此时模型对于大分离流动能够达到DES的模拟能力.

农用地土壤重金属污染调查最优网格尺度及布点优化方法

为探索土壤重金属污染调查最优网格尺度和布点优化方法,在中南地区某老工业园区附近农田进行了土壤采样分析,通过构建70 m×70 m、100 m×100 m、160 m×160 m和200 m×200 m 4种网格,采用Matheron矩估计法试验和地统计学方法,对土壤中镉(Cd)的污染空间位置估计精度进行分析验证。结果表明,70 m×70 m和100 m×100 m网格尺度下污染区域空间位置的估计精度相似,且高于160 m×160 m和200 m×200 m。对100 m×100 m网格下调查结果不确定区进行加密布点,污染区域空间位置估计精度由78.89%提高至86.25%,相对于70 m×70 m网格,调查点位数量减少了35%,有效提高了污染区域空间位置估计精度,大幅降低了采样及分析成本。

尺度自适应模拟的网格尺度关联分析

采用尺度自适应模拟(SAS)对雷诺数3900的圆柱绕流展开数值模拟,对比分离涡模拟(DES)的计算结果和已有文献中的实验数据,系统研究了SAS和网格尺度的关联性问题。详细研究了不同网格分辨率和展向计算域的影响,分析了冯卡门尺度在尾迹区的时均湍流统计特性和瞬时分布规律。结果表明:在相同的网格分辨率下,SAS预测的回流区长度小于大涡模拟(LES),表现出较早的剪切层失稳;网格加密后,SAS预测的回流速度增大、雷诺应力峰值降低,计算结果与Lourenco&Shih的实验结果相接近。此外,在相同网格分辨率下改变展向计算域大小对SAS结果的影响很小。对SAS的网格尺度关联分析可以为该方法的工业应用提供指导。

时间步长及网格尺度对物质输运数值模拟结果的影响

采用二维平面水动力—传质数学模型模拟了明渠有限时间排放源的情况下,保守物质在水流中的输运过程。计算了不同时间步长及网格尺度情况下保守物质的浓度分布变化情况,得到了多组次的平行计算结果。数值模拟结果表明,保守物质投放后,随水流逐渐向下游推移,在对流稀释和扩散作用下,峰值浓度逐渐下降;在保证计算稳定性的前提下,计算结果对时间步长不敏感;网格尺度对计算结果的影响局限在一定的区域内,但其影响程度与范围远较时间步长变化的作用明显。