固体颗粒的群体沉降速度分析

从流体力学原理出发 ,数值模拟非均匀沙随机分布对流场的影响 ,推导出固体颗粒群体沉速的理论解。该公式不仅量纲和谐 ,浓度变化不超过极限浓度值 ,能反映含沙量与非均匀沙级配变化对群体沉速的影响 ,而且可避免其它公式量纲不和谐 ,计算中出现负值或降得过快的缺点。采用黄河实测资料对该公式进行了验证 ,计算结果与实测资料基本符合。

天然河道非恒定流条件下阻力系数变化规律的研究

天然河道非恒定流水面线的计算,在生产实践中有着重要的意义,而阻力系数的选取直接影响其计其计算成果。本文在以汉江丹-襄河段为例进行天然河道非恒定流水面曲线计算的基础上,利用大量实测资料,运用无约束最优化方法进行了天然河道非恒定流时的阻力系数和糙率率定的研究和计算。这种方法是利用计算技术对天然河道的实测数据进行分析和整理的一次尝试。根据计算结果,本文给出了阻力系数、糙率与流量、水位、时间、佛汝德数及Q/t的变化关系。这些变化关系的特征大体上与前人的理论和实践分析相符,同时还得到了一些新的变化规律。

三维一般曲线坐标变换、网格生成及流场、温度场计算

有限分析法和有限差分法是计算水动力学常用的两种数值计算方法。它们都要求计算网格为规则的立方体;但是,在工程实际问题中,流动区域大多是不规则的形状,坐标交换是解决这一问题的有效方法之一。 本文给出三维一般曲线坐标变换及网格生成的公式以及紊流流场、温度场计算的算例。

溢流面陡坡段上紊流边界层数值分析

本文论述了溢流面上紊流边界层问题,采用k-ε二方程模型,并通过坐标变换将发展的边界层变为一个规则的矩形区域;最后用有限控制体积法和伽略金有限元法对变换后的方程进行数学离散并求解。通过两个计算实例,获得速度分布、边界层厚度、紊动动能变化。水面线形状、平板及曲面边界层等资料,除紊动动能缺少实际资料验证外,其它计算均与试验结果符合良好。

垂直平板在粘性不可压缩流体中的突然启动

本文研究加速平板所产生的非线性水波。加速度对于小的时间t而言,表示为时间t的幂级数a(t)= ∑nant^(n-1),对冲击问题a_1≠0。 n=1 我们得到对于小的时间t,接触角cotθ=a=a_1/g,为常数有限值的结论,其中0<θ≤π/2,用渐近展开法,得到零阶至三阶压强P,流速u及波幅η。结果表明:它们是x的指数函数,u_1与P_0有关,η_2与v_1有关等。只有在高阶近似时P和η才与粘性有关。 采用接触角原理,现在的结果消除了原来势流解在平板冲击时波幅上的奇异性(x=0处,η→∞)这一方法对复杂形状可给出数值解。

沉沙池中泥沙的随机运动

泥沙在河渠中运动受着水流紊动作用,主要有滚动,跳跃,悬移三种形式.泥沙在运动中就单个颗粒而言,在每次运动的一个小阶段上,运动具有必然性,遵循确定的力学规律.而对确定的某一颗粒的多次运动,或大量颗粒的一次运动均带有随机性,应遵循统计规律. 本文应用了紊流中泥沙运动的随机理论,并在此基础上建立了悬移泥沙运动的沉降模式.研究沉沙池中泥沙的沉降过程,以此确定沉沙池的尺寸,所得结果与几个实际沉沙池资料作了对比,吻合较好.

带有取、排水口的河道三维流计算

本文研究带有取、排水口的河道三维流动。采用一般曲线系统的适体坐标生成非正交网格与控制方程;流速以物理分量给出,对于大涡与小涡分别采用两尺度K—ε--E紊流模型。计算出U,V,W,P,T,K,ε七个物理量。流速分布与温度分布的数值计算结果与实际资料一致。用这一方法可以计算出旋涡区、环流及次生流,并可广泛地应用于河道水流及环境污染问题。

变态模型水流相似的精度及误差分析

本文从流体力学基本方程出发,按相似理论分析得到方程中各种力的比尺,从理论上分析了河工变态模型的质量守恒、流线与涡旋中心以及各种力的相似程度,并定量给出了偏离量(误差),可利用这些结果可对物理模型试验成果进行合理修正。同时指出只用量纲分析法是不可能得到精度与误差量的判别。

泥沙起动流速的随机分析

泥沙起动流速是河流泥沙动力学基本概念之一,对泥沙运动及河床冲淤变形研究有着重要意义。天然河流中的泥沙运动多处在紊流状态下,其影响因素极其复杂,具有显著的随机性。本文在总结前人研究成果的基础上,从流体力学层面论述了以作用于泥沙颗粒上的局部流速表示泥沙起动流速的合理性,进一步拓展分析,指出了以往公式的不足,给出了以局部点流速表示的包括散粒体与粘性颗粒在内的全沙起动流速公式,继而与各家公式作了对比;基于随机理论,给出了泥沙普遍动、少量动、个别动的判据,并将均值流速概率化,扩展了泥沙颗粒起动的范围与认知。

糯扎渡水电站垂向二维非恒定流的数值模拟

本文针对宽深比较小 ,有关参量 (如流速、温度、浓度 )的垂向变化比水平横向的变化为大的水库 ,建立垂向二维水流数学模型 ,水深随时、空而变 ,垂向做σ变换将可变域变为规则区域。采用算子分裂法、交错网格法、有限差分法进行计算。对糯扎渡水电站的非恒定流数值模拟结果是合理的 。

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。

丁坝绕流及局部冲刷坑二维数值模拟

针对以往常用的丁坝绕流流场计算方法存在的不足,建立了边界拟和曲线坐标变换下的平面二维变水深流函数-涡量数值模型。给出的坐标变换可用于三维;计算紊动扩散系数采用F分布,模型可用于变水深情况。用本文的模型,研究了单个丁坝与不同个数、不同形式的丁坝群产生的流速场与涡量场,给出涡量与局部冲刷坑范围及最大冲深部位。结果表明:计算得出的流函数、涡量、流速合乎规律;丁坝坝头处涡量较大,是形成冲坑的主要原因。方法较通常紊流模型及原参数解简便,为丁坝绕流及局部冲刷坑的数值模拟,开辟了一条新途径。

挟沙水流紊动扩散系数的研究

本文通过理论分析，得到剪切紊流中紊动粘性系数υｔ（紊动扩散系数）沿水深服从Ｆ分布，用于计算悬移质含沙量沿垂线分布与Ｒｏｕｓｅ公式、张红武公式一致，规律符合实际，可用之于紊流计算与分析．

河工模型相似的精度及误差探讨

本文按照两个相似流动体系必须被同一个物理方程所描述的原理,由水流连续方程的比尺关系导出变态模型的质量守恒误差公式。采用矩阵特征值分析的方法,得到三维流时均流场紊动应力的特征值,并给出了它与模型变率的关系式,由它可分析一维总流分析中的紊动应力相似误差。从概率统计的角度利用实验资料给出泥沙沉降公式,并可与服从Gauss分布的概率公式联解计算出泥沙沉降分布,亦可用于泥沙沉降相似的经验公式λω=uλ(λL/hλ)m中指数m的分析与计算。对目前常用的两种泥沙起动相似的经验公式进行分析,并比较了二者的相对误差。

基于非恒定流的污染物迁移扩散随机模拟

针对目前大部分河流都受到不同程度污染的现状,研究了基于非恒定流的污染物迁移扩散随机模拟方法。通过一维非恒定流数值计算和流场模拟,得到了水库开闸放水后下游各个断面的水位、流量、流速等数据,并以此为基础,利用蒙特卡洛法对水库开闸放水前后下游典型断面的COD和NH3-N等进行污染物迁移扩散随机模拟,并将模型应用于文峪河下游。结果表明,文峪河水库开闸放水后,COD和NH3-N的污染带长度和宽度均有不同程度的减小,污染带向排污一侧岸边集中。研究成果可为解决河流污染现状与水库调度提供参考。

用蒙特卡罗法解堰闸流动

本文首次运用不规则游动网格的蒙特卡罗方法求解堰闸流动问题．根据蒙特卡罗方法可以独立计算区域内任一点值的特点，提出了相应的自由表面和流量的迭代计算方法．经过多组计算表明，本文方法灵活、快速，流量系数、堰面压力分布的计算值与试验值吻合良好，为蒙特卡罗法求解有自由表面的流动问题取得了成功的经验．

基于PIV测试与Lagrange-Euler法的多孔侧排射流流场和浓度场分析

研究污染物进入水体后的迁移扩散规律,是水环境污染治理和缓解水生态恶化的重要理论基础。为了能直接给出污染物迁移扩散的质点运动轨迹过程和微观扩散机制,结合PIV(粒子图像测速仪)技术对多孔侧排射流的流场和浓度场分别进行了测量;同时采用Lagrange-Euler法对侧排双孔射流进行了理论验证,对流用Lagrange法求其轨迹,扩散用Euler法求其分布。对比试验与理论结果表明,不同流量下,侧孔排污口近区流场的变化符合质点运动轨迹,流速逐步在衰减;浓度场的分布符合高斯正态分布规律,射流口处浓度C=C_0=1mg/L时,浓度饱和,随着污染物的扩散,其它点的浓度逐渐衰减。

蒙特卡罗法在势流计算中的应用研究

针对水动力学实际问题多存在复杂几何边界的状况,提出了用不规则游动网格求解偏微分方程的蒙特卡罗法,建立了相应的随机游动模型。选择具有复杂自由面的堰闸流动问题作为算例,验证了新方法的正确性。与有限元法相比,蒙特卡罗法解势流等线性问题时更灵活,可以根据需要,单独计算流动区域内任意一点的未知物理量,且所用计算容量较少。

大庆市多决口洪水的二维动态模拟

在大庆市洪水模拟中引入坐标变换、交替方向、交错网格、线性递推、隐格式的二维非恒定流模型,可完全适应不规则的河流边界,实现水流的快速预报;同时,将GIS、RS和洪水模拟模型有机地结合起来,实现实时动态地率定模型参数、显示洪水演进过程与查询信息。

定床上丁坝流场数值模拟

建立了边界拟和曲线坐标变换下的平面二维变水深流函数-涡量数值模型。给出的坐标变换可用于三维;计算紊动扩散系数采用F分布,模型可用于变水深情况。用本文的模型,研究了单个丁坝与不同个数、不同形式的丁坝群产生的流速场与涡量场,给出涡量与漩涡回流范围。结果表明:计算得出的流函数、涡量、流速合乎规律;丁坝坝头处流速大,流速梯度即涡量也较大。本文方法较通常紊流模型及原参数解简便,为丁坝绕流数值模拟的一条新途径。