高坝泄洪诱发场地振动响应分析及传播规律

为研究高坝泄洪诱发场地振动的问题,提出一种基于黏弹性人工边界的有限元数值模拟和水力学模型试验相结合的方法计算场地振动响应。以国内某工程为例,计算不同工况下场地振动响应,分析泄洪量和泄洪调度方式对场地振动的影响,揭示不同岩体条件下振动波的传播规律。结果表明:该工程各种泄洪方式都不会对周边居民的生活造成影响;泄洪量越大,下游场地振动响应越大,当3个溢洪洞泄洪条件一致时,采用2号洞泄洪最不利;同等泄洪条件下,采用4洞均分泄洪的振动响应小于按设计开度泄洪的振动响应;模型范围内放大振动波的主因是断层左右岩体性质的差异,断层的存在进一步加大了放大效应。

湍河渡槽基础水力特性数值模拟及冲刷分析研究

受河道采砂影响,湍河渡槽槽墩周围存在较为严重的河床局部冲刷现象。针对湍河渡槽基础冲刷问题,建立基于计算流体力学的数值分析模型,应用浅水方程、大涡模拟湍流模型和干湿交界面处理方法,进行湍河渡槽基础水力特性的流体力学数值模拟并对河道内河床的冲刷展开分析研究。对渡槽槽墩周围流态特征与流速及水深分布规律进行了分析,结果表明,渡槽槽墩下游侧100 m范围内流速较高,2#、3#墩之间的冲坑存在扩大趋势,为河床防护设计提供了理论依据。

泵站出口与河道主流交汇区流动特性数值模拟

侧向出流的泵闸枢纽存在出水池流量不均问题,增加了汇流口流态的复杂性,给通航安全带来未知风险。为此,以溧阳某泵闸枢纽为例,建立基于浅水方程和κ-ε紊流模型的二维模型以研究泵站出口与河道主流交汇区的流动特性。结果表明,河道主流在交汇区支渠河堤的作用下整体右偏,偏转程度随汇流比降低而减弱,并在支流顶托下形成涡旋与分离区;泵站流量的不均衡性使出水池内主流集中,导流墩能够改善该现象,逆时针旋转10°可有效改善墩前流态;横向流速在上下游流线偏转区域较大,在涡动两侧较小且具有周期性,改善河道通航状况应从平顺干渠形状入手。研究成果为改善交汇流水域通航条件与泵站出水池流态提供参考。

三维流体非协调网格隐式插值方法

非协调网格常被用于处理运动边界和局部网格加密,其关键在于确保非协调子域间的数值连续性。目前已有一种隐式插值方法,针对二维流体非协调网格问题建立了模型。该文将此方法向三维进一步拓展,提出了一种高效的三维流体非协调网格隐式插值方法,通过对代数方程中的未知量施加Dirichlet条件、对系数矩阵和右端项施加Neumann条件,将非协调子域的耦合嵌入代数方程中。该文采用提出的三维隐式插值方法模拟了三维泊肃叶流、三维方腔顶盖驱动流,验证了该方法的准确性、高效性,通过三维三棱柱绕流模拟证明了该方法对于解决三维非协调网格问题具有普适性。

计算流体力学中非协调网格的隐式插值格式

该文针对计算流体力学中出现的非协调网格耦合问题,提出了一种隐式插值格式。在不同子域间建立插值关系,针对变量的插值条件可视为Dirichlet传输条件,同时对代数方程组中的系数矩阵和右端项进行重新构建,以此来施加Neumann条件,从而实现计算域中不同网格的耦合。与现有的非协调网格插值方法相比,该方法直接重构代数方程组,摆脱了问题类型、网格形式、离散格式和求解器的限制,且不引入任何额外的自由度或迭代,简单高效,普适性强。并通过三个经典算例,验证了基于该插值格式的非协调网格数值模型具有较好的稳定性,计算结果与前人的实验结果和数值计算结果也吻合良好。

用于动态嵌套网格的隐式插值方法

提出了一种用于动态嵌套网格的隐式插值方法.基于插值条件,通过数学运算重新构建了代数方程组,实现了不同计算域的耦合.该方法适用于任意离散格式,无须迭代求解即可耦合分离的计算域.耦合格式具有明确的物理意义,插值条件可视为狄利克雷传输条件,通过重构系数矩阵和右端项成功施加了纽曼条件.借助点对点元素替换的方式,能够简单高效地重构代数方程组,不增加额外的计算量,易于编程实现.最后,通过圆柱横向振荡、涡激振动及颗粒沉降等算例验证了该方法的精确性.