浅水流动计算中—阶有限体积法Osher格式的实现

近年来，一阶有限体积法Ｏｓｈｅｒ格式已在二维浅水明流的一批模型问题和应用实例中获得成功。本文首次讨论其算法实现的种种问题。核心是建立单元水力模型—阶梯流，在数学上可用一类特殊的黎曼问题来描述。将该问题化作气体动力学中的黎曼问题近似求解，然后对结果加以校正。还在理论分析和数值试验的基础上详细讨论了各种外部边界条件、内部边界和动边界的处理，构成完整的算法。

浅水流动有限体积法/Osher格式的二维水流-水质模拟

应用无结构网格有限体积法 /Osher格式的二维水流 -水质耦合数值模型 ,采用黎曼近似解计算模拟区域水量、动量及污染物输送通量。通过对长江南京八卦洲江段浓度场的模拟计算 ,其结果与遥感卫星图片确定的污染带分布相吻合 。

河口准三维涌潮数学模型研究

本文依据近年来计算流体力学在计算格式方面的最新成果,提出了一种用于计算包括涌潮在内的近海三维流场的数学模型。模型中,控制方程采用σ坐标变换形式;底部摩阻采用对数流速率;运用k ε紊动模型计算垂向紊动粘滞系数,使模型较好地给出水平速度的垂向分布。数值方法上,采用有限体积法离散方程,并用Osher格式计算有限体积交界面通量,使得模型可高精度地捕捉间断;水平方向用无结构三角网格,较好地适应不规则形状边界;用该模型模拟了明渠均匀流和概化河口涌潮的水流运动规律。计算结果表明模型可用于河口区涌潮流场计算。

悬浮物输运的数学模型

为了研究镇江内湖悬浮物的输移运动规律,建立了二维悬浮物输运数学模型。模型考虑了风场及潮流作用下悬浮物的输运,同时还考虑了悬浮物的沉降和再悬浮机制,采用切应力概念确定悬浮物的起悬量和沉降量。在无结构网格上对水流和悬浮物输运方程进行有限体积的积分离散,应用高性能的Osher格式计算水量、动量及悬浮物输运等通量,提高了数值模拟的精度。应用2次大规模水文和悬浮物含量的野外同步监测资料对模型进行了验证。模拟值与实测值吻合较好,表明模型能合理地反映内湖水流及悬浮物的运动规律。

黄河下游花园口-夹河滩河段二维洪水模拟

黄河下游花园口至夹河滩河段系典型的游荡型河段。在该河段 ,黄河大堤内范围宽广 ,一般洪水频率年份 ,水流主要限制在主槽内 ,因此大堤内分布有不少居民点以及纵横交错的保护居民点的生产堤和不少高于地面的灌溉渠堤和公路 ,使洪水行洪范围受到了很大的限制。当洪峰流量很大时 ,洪水将造成生产堤溃决 ,极大地危害滩区居民的生活。因此 ,设计模拟模型计算网格时需要考虑大堤、生产堤、明显高于地面的道路等阻水建筑物的影响 ,使这些堤及公路成为计算格网的边。不规则四边形网格能够很好地拟合黄河这种复杂的计算域。数值模拟时采用有限体积法 ,为确保通量的单向性 ,文中使用Osher格式计算通量。通过对 1 982年洪水的模拟 。

基于混合网格上的高温非平衡流的数值模拟

新一代再入飞行器及空间传输系统需要了解其飞行时的气动问题及热力学问题。数值模拟高空、低密度、高熵及非平衡流动是一具有挑战性的问题。本文针对带座舱飞船高超声速再入大气过程中存在的严重气动加热现象,利用混合网格及Osher逆风格式,数值求解了三维化学非平衡Navier-Stokes方程,其中化学模型是5组分1 7个化学反应的空气化学模型,对带座舱飞船再入高度为40 km和马赫数为2 0 ,1 0的化学非平衡流场进行了数值模拟,给出了迎角为0°和2 0°情况下的各个组分的密度分布、压力等参数,并与量完全气体的计算结果进行了比较。

回流区水流运动二维数值模拟

建立了基于无结构网格有限体积法的平面二维水流数学模型。数值方法上,采用有限体积法离散方程,并采用基于黎曼解的Osher格式计算有限体积界面通量:采用三角形单元对计算区域进行剖分;提出了一种确定紊动黏滞系数的方法。用此模型对平面上突扩引起的回流区竖轴环流进行了模拟,流速断面分布的计算结果与实测结果接近,再现了因主、副流剪切层不稳定引起的涡脱落、涡向下游输移以及被竖轴环流吞并的过程,预报了回流区的水面共振现象。

高速气流吹袭防护气动特性的数值模拟(英文)

应用CFD方法研究了配备高速气流吹袭防护装置的人椅系统的气动特性。空间离散采用Osher逆风格式,紊流模型采用基于Spalart-Allmaras一方程的DES方法,在马赫数为0.6和1.2;迎角-10～30°;侧滑角为0°和15°范围内的粘性大分离流;以及来流马赫数为0.8和1.6;迎角5～30°;侧滑角为0,-20和-50°条件下,对有无防护装置的人椅系统气动特性进行了数值模拟。计算结果与试验结果吻合较好,高速气流吹袭防护装置在高速弹射过程中有效地保护了人体。

典型城市型湖泊风生流的数值模拟

湖流是湖泊中污染物扩散、悬浮物沉降及输移等的主要水动力学要素。造成湖水运动的成因机制很复杂,其中风生流是重要形式。通过应用无结构网格有限体积法sher格式的二维水流数值模型,对不同风情下的典型城市型湖泊——南京市玄武湖湖流流态进行模拟研究,探讨其吞吐流较小,沿岸无入流的情况下的风生流特征。

求解双曲守恒律方程的高阶TVD格式

针对精确度较低的单调格式,利用Osher-Chakravarthy线性通量修正格式在0<β≤{m2mm-1}的条件下对单调格式的数值通量进行改进,给出了一种求解双曲守恒律方程的高阶差分格式,并将其应用于Burgers方程及Buckley-Leverett问题.数值实验表明,该方法在保持高阶精确度的同时,还有效地防止了非物理数值振荡的产生,且具有较好的稳定性.

一种基于矩阵格式的半隐式图像去噪算法

图像去噪是进一步处理图像的必要步骤和关键环节之一.首先针对Rudin等在1992年提出的ROF模型,利用Crank-Nicolson半隐式差分格式进行离散,克服了显式离散格式的不稳定性和迭代次数多的缺点;其次在求解过程中提出了一种基于矩阵格式的半隐式新算法,并将新算法应用于三种边界条件——零边界条件、周期边界条件和Neumann边界条件进行数值试验;数值试验结果表明采用Crank-Nicolson半隐式离散格式去噪的效果优于显式离散格式;同时,Neumann边界条件能很好的保持图像边界的连续性.

冲积河流枢纽上下游冲淤问题的二维数值模拟

采用有限体积法/Osher格式,通过对冲积河流平原河段枢纽上下游水沙二相流的特点和边界条件的分析,建立二维水沙数值模型。对塔里木河乌斯满水利枢纽上下游进行模拟运算,其结果与物理模型实测数据相吻合,证明了有限体积法Osher格式模型的模拟的可行性和合理性。

滨海电站温排水数值模拟

针对滨海火(核)电站温排水海洋影响预测及评价的迫切需要,建立了二阶Osher格式水流———温度模型,采用“干湿单元水力模型”处理滨海电站所处海域复杂的计算边界,并结合某大型火电站温排水的数值模拟,显示了该模型正确模拟滨海电站温排水扩散过程的能力,为海洋环境影响评价提供可靠的技术资料。