计及季度趋势变时间步长风速仿真模型及应用

为提高风电并网系统充裕度评估精度,提出计及季度趋势的变时间步长风速仿真模型。该模型应用奇异谱分析从风速样本中提取季度趋势和随机波动分量,应用线性插值和奥恩斯坦-乌伦贝克过程对两分量建模,产生任意时间步长的仿真风速样本。将该模型嵌入蒙特卡罗模拟法,提出风电并网系统的季度充裕度评估方法。应用该模型仿真某观测站风速样本,评估风电并网IEEE-RTS发电系统的季度充裕度,结果表明,该模型可产生与实测风速样本统计指标等特征接近的任意时间步长仿真风速样本,且季度充裕度评估精度较高。

时间步长和无量纲壁面距离y^(+)对实尺度船舶数值模拟的影响

为分析时间步长和无量纲壁面距离y^(+)对实尺度船舶数值模拟结果的影响,以某23万载重吨散货船为例,以雷诺平均纳维-斯托克斯方程和连续方程为控制方程,采用有限体积法进行空间离散,通过控制时间步长和无量纲壁面距离y^(+)的变化对该船开展实尺度阻力数值模拟研究。数值模拟结果表明,时间步长和y^(+)对实尺度船舶数值模拟计算结果有很大影响,在一定范围内合理地设置这2个参数能提高实尺度船舶数值模拟的精度,研究成果可供同类型船舶的实尺度船舶快速性数值模拟参考。

浅水方程大时间步长离散方法研究进展

大时间步长格式(LTS)作为一种高效的计算格式,在将其应用于求解双曲型偏微分方程时,能显著提高其计算效率。从其被提出至今已有40多a,仍然是研究的热点。从线性标量方程出发,引出了LTS的基本思想和方法,通过单波在一个时间步长内穿过多个单元,突破了CFL定理的限制。在将其扩展到非线性双曲守恒律时,出现了非线性波叠加、稀疏波断裂、振荡等一系列问题。这些问题有的通过巧妙的方法得到了解决,有的仍然悬而未决,这也是LTS将来研究的方向。

高分辨率区域模式不同时间步长对一次强降水预报的影响

使用华南短临预报模式本地化改造后的广西对流尺度数值预报模式系统,对2022年6月3-4日广西强降水过程进行数值模拟,研究不同时间步长对模式预报效果的影响。结果表明:(1)时间步长对位势高度、温度场和地面要素场的影响较小,对风场影响较大;(2)强降水区中低层物理量、t2m、u10m预报误差较小,模式预报偏差主要来源于高层物理量和v10m;(3)时间步长对模式降水预报有较大影响,时间步长越小(大),降水预报敏感度越大(小),大暴雨以上量级和范围预报越大(小);(4)无论24h还是逐小时ETS评分都反应出小时间积分步长对大量级降水的预报效果更好,且对强对流天气发展趋势有一定指示作用,大的时间积分步长预报效果则相反。

基于最优时间步长模型的输电导线雾凇覆冰预测

输电导线覆冰是影响电力系统安全稳定运行的主要自然灾害之一,研究大气环境参数对导线覆冰过程的影响并对其进行准确预测具有重要意义。考虑直接影响覆冰预测准确度和计算时间开销的计算时间步长ts,研究并提出覆冰预测最优时间步长模型,针对雾凇覆冰情形,在每步预测计算中重新确定时变环境参数,对重构网格贴体加密,采用有限体积法求解基于RNG方法的k-ε湍流模型得到气流流场,采用拉格朗日方法在气流流场基础上得到过冷却水滴运动轨迹,通过后处理获得导线雾凇覆冰质量与冰形。研究导线在不同风速、大气温度、液态水含量、水滴中值体积直径以及导线直径等因素下的雾凇覆冰质量与冰形,总结了各因素对导线雾凇覆冰的影响规律。为验证所建雾凇覆冰预测模型,在重庆大学雪峰山自然覆冰试验基地进行了自然雾凇覆冰试验。试验得到的覆冰质量及冰形均与文中预测结果吻合度较好,证明了该预测模型准确、有效。

基于HEC-HMS模型的时间步长对次洪模拟的影响分析

运用HEC-HMS水文模型,初步建立了适用于晋江西溪流域的暴雨洪水模型。在此基础上,采用15 min和60 min两个模拟时间步长,研究模拟时间步长的变化对模拟结果的影响,进而寻求最佳的时间步长和模拟结果。结果表明:时间步长对模拟结果存在一定的影响,当改变时间步长时,需要通过参数的调整,才可得到相似的模拟结果,在其他参数不变的情况下,模拟时间步长减小,蓄量常数(K)呈逐渐增大的趋势。同时,当采用较短的模拟时间步长时,模型的模拟效率得到提高。

可变网格与局部时间步长的高阶差分地震波数值模拟

提高计算精度与效率是所有地震波正演方法所追求的目标.本文通过将变化的空间网格与变化的时间步长技术相结合,提出一种空间网格大小与时间步长均可任意变化的高阶有限差分模拟方法.一系列数值试验表明,该方法在保证模拟精度的同时,显著提高了模拟的效率.这种可变空间网格与局部时间步长的模拟方法,能够精细刻画含孔缝洞介质以及横向变化剧烈介质的微小结构,减小地震波模拟误差,提高介质细微结构情况下的地震波传播模拟精度与效率.

低压铸造凝固模拟中时间步长的实用算法

针对低压铸造凝固模拟计算过程中存在的收敛性问题，提出了一种能够处理复杂边界条件的简单算法，准确地给出了临界时间步长，避免了计算发散的现象，同时减少了计算的工作量。

可变网格与局部时间步长的交错网格高阶差分弹性波模拟

交错网格高阶差分方法是一种在保持效率的前提下提高弹性波模拟精度的有效方法.本文将可变空间网格与变化的时间步长技术引入到交错网格高阶差分弹性波模拟中,提出一种空间网格可任意奇数倍变化与时间步长任意变化的交错网格高阶差分弹性波模拟方法.一系列数值试验表明,该方法能够在保证模拟精度的同时,通过有效降低空间与时间维度上的过采样来显著提高弹性波模拟的效率.同时,该方法还能够精细刻画含孔缝洞介质以及横向变化剧烈介质的局部细微结构,减小弹性波模拟误差,提高介质细微结构处的弹性波传播模拟精度.

时间步长对淬火过程温度场和组织场模拟精度的影响

淬火过程是一个温度、相变、应力应变相互影响的高度非线性过程,在用有限元方法计算温度场和组织场时,极易造成数据振荡现象。本文针对淬火过程温度场的特点,为了尽量提高温度场和组织的计算精度,使用集中热容矩阵、网格细化和自适应时间步长的方法,编写了淬火过程有限元模拟程序,并提出了一种控制模拟时间步长的方法———基于最大和最小温差的自适应步长,该方法是用前一步模拟得到的温度场与当前步模拟所得的温度场的差值控制模拟时间步长。用编写的程序对轴对称零件进行有限元模拟,从模拟结果的对比中可以看出,基于最大和最小温差的自适应步长方法不但可以避免数据振荡和提高模拟精度,而且可缩短计算模拟的时间。

GRAPES_MESO中时间步长和空间分辨率对于预报效果的影响

基于GRAPES区域中尺度数值预报系统(GRAPES_MESO),针对700 h Pa、500 h Pa和200 h Pa的位势高度场H,温度场T,风场纬向分量U,经向分量V和地面降水场,在给定的模式物理过程下,分别考察了时间步长和空间分辨率对于模式预报效果的影响。研究结果表明,空间分辨率(0.3°×0.3°)相同时,各变量在不同层次的预报几乎都存在最优时间步长使得预报技巧最高,初步说明最优时间步长理论在复杂的偏微分方程组中的适用性。随后,将空间分辨率为0.3°×0.3°时最优时间步长(240 s)的预报结果与当前业务中(空间分辨率为0.15°×0.15°、时间步长为90 s)的预报结果进行比较,发现前者的变量H、T、U、V和地面降水场的预报技巧均高于后者,表明并不是空间分辨率越高预报效果越好。

网格尺度、时间步长和颗粒堆积率对射流床CFD模拟的影响

采用欧拉-欧拉双流体模型,在CFX4.4软件上增加用户自定义子程序模拟了高2.0m、宽0.3m的二维射流床内空气和玻璃珠体系的流体动力学特性.考察了网格尺度、最大颗粒堆积率和时间步长对射流的形成及发展过程、射流穿透深度及射流频率的影响,并与实验数据进行了对比.结果表明,对于本研究的气固体系,当床层下部纵向网格数为100、时间步长0.0005s时,不仅可以满足网格尺度和时间步长的无关性要求,而且模拟的射流穿透深度和射流频率与实验测量值的误差分别为5.7%和3.8%.最大颗粒堆积率在本研究范围对模拟结果的影响可以忽略.

瞬态电磁-温度场耦合计算中自适应时间步长研究

瞬态温度场响应时间比电磁场长,在采用有限元法求解瞬态电磁-温度场顺序耦合时,若采用统一计算时间步长会导致温度场求解次数过多而增加计算时间。该文提出自适应时间步长耦合方法,采用指数平滑法预测电磁-温度场耦合时间间隔,并在两个相邻的耦合时间节点间,根据响应特征值和预测-校正法计算电磁场、温度场最佳离散步长。与传统等步长耦合方法对比,电磁、温度场均使用最佳的离散步长,同时避免了温度场的过频计算,减少了计算时间。最后,以通电铜导环为例,采用自适应时间步长耦合计算铜导体在交流电流作用下的瞬态温升,与传统等步长耦合方法相比,计算相对误差在1%以内,总计算时间减少26.6%,证明了该方法的有效性。

凝固过程数值模拟隐式算法时间步长优化模型研究

在铸造过程计算机模拟中,温度场计算采用显式方法由于稳定性的要求,时间步长受限,计算效率低。采用分数步长法-隐式计算,由于其求解方法绝对稳定,因而对时间步长无限制。为了在保证计算精确度的情况下尽可能地提高计算效率,需要动态调节计算温度场的时间步长。本文中以凝固过程温度场的计算时间步长研究为题,提出了单元跨越固液相线时间的概念,建立了自动优化计算时间步长的模型。对实际的不同大小,不同形状复杂程度的铸件进行模拟计算,对均匀时间步长和自动调节时间步长的计算结果进行比较,验证了自动调节时间步长的合理性。

轨道结构动力响应Newmark方法时间积分步长的确定

为了明确轨道结构动力响应计算中Newmark方法时间积分步长的确定依据,采用双层离散点支承轨道结构模型解析求解不同移动速度点荷载作用下的轨枕动反力频谱,进而采用模态叠加法和Newmark方法求解不同时间积分步长下上述双层轨道结构的位移和加速度响应,并与高精度的四阶Runge-Kutta方法计算结果对比.结果表明,不同荷载移动速度下的时间积分步长均应满足Nyquist采样定理,且采样定理中的频带宽度应至少包括由离散支承参数激励引起的轨枕动反力频谱的前二阶谷值.作为算例,根据上述采样定理确定的时间积分步长,采用Newmark方法计算了移动列车轴荷载作用下三层离散点支承轨道的枕木及道砟加速度响应.

一种补偿时间步长限制的粒子模拟-蒙特卡罗碰撞模型

从碰撞次数的概率分布出发,推导出一种补偿蒙特卡罗碰撞模型,采用以正态分布计算得到的平均碰撞次数作为碰撞概率,来补偿传统方法中忽略的多次碰撞。通过模拟不同折合电场强度条件下He气放电产生电子的运动规律,验证了补偿蒙特卡罗碰撞模型的正确性。计算结果表明:补偿蒙特卡罗碰撞模型可以有效地提高计算效率,特别适用于高气压气体放电现象的粒子模拟。

变时间步长有限差分法逆时偏移

逆时偏移因其可以利用多次波和回转波等信息,不受倾角限制对构造进行成像而逐渐成为一个研究的热点.但相对极低的计算效率,成为限制其实际应用的瓶颈之一.针对该问题,本文提出了一种时变的计算范围及可变时间步长的思路,即在不同的时间段内利用不同的时间步长计算相应空间范围内的波场,从而在算法上节省大量的计算时间.该思路简单易行,本文将其应用于有限差分法逆时偏移;通过对理论模型数据进行处理,证明该方案不影响波场计算的精度,并且可以在一定程度上提高计算的效率.

不同时间步长的Hargreaves公式修正式适用性研究

为比较不同时间步长的Hargreaves公式修正式的适用性,利用哈尔滨市气象台48年的逐日气象数据,应用Penman-Monteith公式和Hargreaves公式计算了哈尔滨市参考作物蒸发蒸腾量(ET0)的日、旬、月值,基于两公式计算的ET0数据,采纳FAO推荐的方法建立了Hargreaves公式修正式模型,通过分析模型的判定系数及计算结果探讨不同时间步长Hargreaves公式修正式的适用性。结果表明,利用历年逐日、逐旬、逐月ET0值建立的Hargreaves公式修正式计算精度不是很高,而利用ET0多年平均值建立的Hargreaves公式修正式计算精度相对较高,但在同一时间步长或不同时间步长之间,不宜互换应用Hargreaves公式修正式。

低压铸造凝固模拟中时间步长的实用算法

针对低压铸造凝固模拟计算过程中存在的收敛性问题 ,提出了一种能够处理复杂边界条件的简单算法 ,准确地给出了临界时间步长 ,避免了计算发散的现象 。

自适应时间步长法及三维堤坝地震液化数值模拟

三维大模型数值计算因巨大的单元和结点数目而非常耗时,在地震响应分析中受计算时间步长的限值则更加耗时。在饱和砂土动力液化计算平台上开发时域离散误差评估方法和时间步长自适应调整的计算程序,并成功应用于三维堤坝地震液化响应分析。时域离散误差包括土骨架的位移误差和单元孔压误差,通过定义孔压误差影响系数计算出混合误差,根据混合误差和设定的误差允许值进行计算步长的自适应调整。在三维堤坝地震液化数值模拟中,采用自适应时间步长法有效避免小步长精确但耗时、大步长省时而不精确的缺点。在大模型和超大模型计算中,最优调整每一步的计算时间步长,完美实现既节省时间又不失精度的时域离散策略。