基于GPU加速的三阶有限体积格式管道瞬变流求解模型

为高效和高精度求解长距离输水系统瞬变流变化过程,应用三阶ENO有限体积格式求解一维管道非恒定流方程组,基于Lax-Friedrichs通量裂分法重构界面通量,上下游界面采用虚拟网格技术并结合交叉管网边界条件建立了一套高效和高精度求解管道瞬变流水锤波的数值模型。引入GPU加速技术,实现对大型输水系统的高效计算。通过特征线法、一阶及二阶Godunov有限体积格式对模型进行验证,结果表明,三阶ENO格式在极低的Courant数时也能保持较好的间断捕捉性能且无非物理振荡。同时,对Courant数的高度不敏感性,使得模型划分网格时具有高度的灵活性并能显著提高计算速度。应用GPU加速技术,发现模型在较多网格数时有明显的加速效果,且加速效果随网格数增多而显著。本文模型可为长距离输水系统非恒定瞬变过程的高效精准快速模拟预测提供理论支撑。

输配水系统明满瞬变流全窄缝数值模型

发生在输配水系统中的明满流交替过程是引起系统破坏的主要原因之一。准确模拟发生在输配水系统中的混合明满流瞬变过程,是亟须解决的技术难题之一。然而,常用的Preissmann窄缝法无法模拟含负压流的瞬变过程,很大程度上限制了该数值模型的适用范围。本文耦合二分压力法及Preissmann负窄缝思想,建立了一套可模拟求解非恒定明流、含负压的有压瞬变流及含负压的明满交替混合流数值模型,并基于CFL约束条件提出了对负压流与明流的判别方式。通过明渠充水、有压管道水锤及充水过程中关阀形成的明满流交替及水锤同时作用的复杂算例表明:本文所建模型突破了传统Preissmann窄缝法不能模拟负压的局限及二分压力法判别明流及满管负压流的困难,实现了对不考虑气液两相相互作用下的明满交替瞬变流的准确模拟。

2015年～2018年西安境内河流水质分析

根据2015年～2018年西安境内10条主要河流入渭河口断面水质监测资料,采用改进的模糊综合评价法,对西安近四年主要河流的水质进行评价,并结合流域实际情况对计算结果进行分析。结果表明:近四年新河、幸福渠、漕运明渠水质得到大幅提升,但皂河污染仍旧较重,需加大治理力度。黑河水质较优,需进一步保持;临河、涝河水质呈规律性季节变化,应进一步强化管理。泾河水质呈无规律波动,需加强与上游市段相关部门沟通;2015年、2016年沣河与灞河水体污染不断加剧,自2017年以来,水质得到逐步改善,需进一步提高污水处理水平,减少污染物排放量。

基于TVD框架的Godunov格式水锤求解模型

求解有压管道系统水锤波时,传统特征线法及有限差分法受Courant数约束,会导致计算速度低,且因多波插值,存在插值误差问题。该文通过搭构TVD框架、分析并选取最优限制函数以及优化管网分叉口处理方法的方式,提出了一种基于Godunov格式的两阶有限体积格式管网水锤计算模型,并通过管网算例对模型计算效率进行了对比。结果表明:有限体积法在低Courant数时能得到最佳的计算结果,与特征线法及Sweby TVD差分法相比,计算耗时分别节省了28.6%及85.3%;模型选取Van Leer限制器,Courant数值范围为0.2≤Cr≤0.5;模型在网格划分上更为灵活,可根据实际需求选取满足Courant数范围的任意网格间距,实现对变空间步长管网系统瞬变流的高效计算。