水力学综合性设计性创新性实验系统研究与应用

武汉大学水利水电学院以培养当代大学生自主设计创新能力为目标,研究开发了一种水力学多功能综合实验平台,学生可以在同一实验平台上进行多种综合性常规实验,也可以在此实验平台的基础上进行自主设计改造,开展创新设计性实验。实践表明,该实验平台具有系统完善、功能齐全、应用方便等特点,对培养大学生的自主创新能力和综合实践能力起到了积极的推动作用。

基于Arcgis与Delft 3D的渭河下游洪泛区洪水数值模拟

利用Arcgis将航拍DEM数据转换为渭河下游河道地形数据,采用Delft 3D生成正交曲线计算网格,并模拟不同工况下洪水在河道及淹没区的演进过程,实现了河道及溃堤洪水演进的实时动态演示,可以为洪水风险分析及防洪调度决策提供参考依据。

求解二维扩散方程的有限近似解法

提出求解二维扩散方程的新方法———有限近似解法7点格式,对非规则区域定常扩散方程和规则区域非定常扩散方程的计算与精确解比较,表明这一方法较有限分析法计算简单,计算精度高,并且可以适用于不规则边界区域的计算。最后计算了典型的坝基渗流流场,计算结果与实验结果吻合较好。

二维泥沙数学模型及工程应用问题探讨

从泥沙连续性方程和悬移质河床变形方程出发 ,分析恢复饱和系数的起因和悬移质含沙量垂线分布特点 ,给出了新的恢复饱和系数 ;对于动边界问题 ,通过阻力项的变换 ,给出稳定性好、精度高的迭代格式 ;对长江南京上元门河段河床冲淤变化进行了分析计算 ,结果表明本文所给泥沙数学模型和计算方法合理 ,能够反映河床冲淤变化规律。

二维扩散方程的5点格式有限近似解法

提出求解二维扩散方程的曲线网格有限近似解法.对非规则区域定常扩散方程和规则区域非定常扩散方程的计算结果与精确解比较,表明该方法既可以用于求解规则区域矩形网格的扩散问题,又可以用于求解非规则区域曲线网格的扩散问题.最后模拟计算了典型的坝基渗流流场,计算结果与实验结果吻合较好,表明该方法具有计算简便、精度高、适应强等特点.

渭河下游河道及洪泛区洪水演进的数值仿真(Ⅱ)——成果分析及可视化

采用数值模拟方法模拟渭河非恒定流动,给出河道一维和洪泛区二维的数值模拟结果,分析比较了洪水的传播特性、河道溃决与不溃决对洪水传播的影响.同时,基于VB语言实现了河道和洪泛区洪水演进的动态演示,为防洪调度和决策提供了可视化的工作平台.

三维对流扩散方程的混合有限分析解

本文应用线性徽分方程的算子迭加原理，将二维对流扩散方程的有限分析法交替方向用于三维对流扩散方程，从而得到较三维有限分析法简单实用的混合有限分析法．接着用数学分析法证明了该方法的稳定性和收敛性．并用指定强迫解方法对方程离散格式和程序设制等做了验证．最后计算了三维紊动射流，计算结果与实验资料一致，表明用混合有限分析法计算三维对流扩散问题是可行的．

溃坝最大流量计算公式的问题与修正

目前用于计算溃坝最大流量的正负波相交法和波额流量法在下游水深较小时,计算结果与实际情况和理论解差别很大,变化趋势也不正确。为此,通过合理概化溃坝波形与压力,得出了修正的溃坝最大流量计算公式。修正后的计算公式在下游水深较大时与原计算公式计算结果相近,在下游水深较小时,计算出的最大流量变化趋势正确,比较符合实际情况。在矩形断面渠道下游水深为0时,修正后计算公式和里特尔-圣维南法公式的计算结果完全一致。

三峡水库汛后提前蓄水方案研究

本文研究了三峡水库汛后提前蓄水方案。采用一维恒定流不平衡输沙数学模型计算了原方案 (1 75 - 1 45 - 1 5 5m)及汛后提前蓄水方案的水库泥沙淤积情况 ,讨论了汛后提前蓄水对三峡工程在防洪、发电及航运的影响 ,并初步评价了提前蓄水方案的综合效益。所得结论可供三峡工程正式建成后制定合理的调度运用方案参考。

同位网格下平面二维水流数学模型的有限分析解法

为避免在求解平面二维水流数学模型方程时,流速、水位分别采用有限分析法和有限差分法求解而导致运动方程和连续性方程的计算精度不匹配,进而降低模型整体的计算精度和收敛速度.参照SIMPLE算法,推导出了能够在同位网格下采用有限分析法求解的一般曲线坐标系中的水位控制方程,实现在同位网格下采用有限分析方法求解全部控制方程的同精度算法,避免了交错网格,提高了计算精度,加快了收敛速度.运用于实际工程,计算结果与实测值基本吻合.

Fortran与VB混合编程及其在流动数值模拟可视化技术中的应用

在WindowsXP操作系统下,讨论了VB语言和Fortran语言之间进行数据交换的方法,以及子程序之间的调用,如何在Fortran中创建动态链接库以及在VB中实现对动态链接库的调用,通过混合编程对Fortran计算过程进行实时监测,达到了计算可视化的目的.给出了混合编程的具体实例以及在流体流动的数值模拟和可视化技术中的应用实例.

单一土层边坡抗滑稳定的影响因素分析

针对单一土层边坡,选取了边坡体坡度、土体材料的天然容重、凝聚力和内摩擦角四个主要影响因素,采用了Bishop的边坡稳定分析计算方法探讨了边坡的抗滑稳定安全系数在临水坡有水和无水状态下与每个因素之间的响应关系。研究结果表明:边坡抗滑安全系数与边坡系数、凝聚力和内摩擦角基本成正相关,而与土体容重成反比关系;四个因素中,边坡系数对安全系数影响最大,临水坡水位的高低对边坡稳定亦有较大的影响。该研究结果对实际工程具有现实的指导意义。

一、二维嵌套模型在河口工程中的应用

在圣维南方程组基础上建立了适用于大型复杂河网计算的一维河网数学模型,并在工程局部嵌套平面二维数学模型。计算中先采用三级联解法求解整个一维河网模型,以一维模型计算结果作为边界条件代入二维模型计算,对控制方程进行了泊松变换,再运用有限分析九点格式求解,从而减少了在完全耦合解时必需的迭代次数,缩短了计算时间。最后以珠江三角洲虎门出海口上的虎门大桥工程河段为例,对模型进行了验证计算。

水库坝前冲刷漏斗的三维数值模拟

本文采用三维水沙数学模型计算水库坝前冲刷漏斗,运用随机游动理论统计方法分析泥沙运动及淤积特性。针对冲刷漏斗和河床地形的几何形态比较复杂的特点,采用三维泊松方程对求解区域进行曲线贴体坐标变换,使曲线网格边界可以完全贴合在物理边界上,从而提高了计算精度。计算结果与大量实测结果相吻合,对工程实际有一定参考价值,为优选建筑物布置最佳方案提供设计依据。

三峡水库汛末蓄水方案比较

在综合分析已有研究成果的基础上 ,分别比较了三峡水库汛末推迟蓄水方案和提前蓄水方案对三峡工程防洪、发电及航运的影响 ,并对各蓄水方案的综合效益进行初步评价 ,归纳了各蓄水方案的利弊。

水力学虚拟实验平台建设与实践

武汉大学水利水电学院水力学教研室采用虚拟现实技术和网络技术,研究开发了一种水力学虚拟实验平台。学生可通过网络远程访问该平台,不受时间和空间的限制开展虚拟水力学实验。通过3年的建设,现已形成系统完备、应用方便的虚拟实验系统,可开展十余种常规水力学实验。平台的运行实践表明,多元化展示和虚拟仿真技术与水力学实验相结合,能够充分激发学生的学习兴趣,调动其学习的积极性,对于水力学实验教学改革起到了积极的推动作用。

用混合有限分析法求解二维溃坝洪水波的演进

在交错网格上,基于混合有限分析法离散浅水方程组和水深平均k-ε两方程湍流模型,并运用SIMPLE算法求解离散后的代数方程组,建立平面二维溃坝洪水波演进模型,对比典型算例———平底无摩擦二维非对称部分溃坝问题,数值模拟结果表明该模型能够较好地模拟自由面的变化规律,具有较强的捕捉间断的能力,充分显示了混合有限分析法模拟溃坝洪水波间断面的形状和位置的优良性能。

边界元法和坐标变换法解二维无压渗流

采取边界单元法和坐标变换相结合的方法实现了渗流场的快速预报. 即通过边界单元法计算出无压渗流的浸润线,从而给出无压渗流的区域,使用正交坐标变换给出等流线和等势线. 结合耒阳电厂灰坝的工程实际,计算了不同水位下干滩和均质土坝的浸润线、流线和等势线,数值计算的结果与电模拟试验的结果进行了检验比较,说明所提出的新方法是正确、有效的.

滩地植被化的顺直复式河道漫滩水流计算

利用二维数学模型对滩地植被化的复式河道漫滩水流的水深平均流速的分布进行了求解。通过恒定均匀流的假设,对主流方向上的沿水深积分的紊流时均运动微分方程式进行简化得到了相应的控制方程,其中引入植被对水流作用的拖曳力项,并考虑二次流的影响。同时将复式渠道划分为3个子区域,通过联立求解各区域微分方程中的定解系数,最终得到均匀流的条件下各区水深平均流速的横向分布的解析解。通过与试验测得的资料比较,表明计算结果与实测资料吻合良好。

多重网格法在二维非恒定水沙数学模型中的应用

计算速度是影响二维非恒定流数学模型应用推广的主要原因之一。本文采用了多重网格方法以提高其计算速度 ,同时为了适应复杂不规则的边界条件和水下地形 ,利用坐标变换来克服天然河道复杂边界条件给模拟带来的困难 ,通过算例分析了多重网格法的收敛特性 。