牛顿迭代逼近法求解雨水管道非线性运动波方程

介绍了用牛顿迭代逼近法求解雨水管道非线性运动波四点、非中心、隐式有限差分方程数值解的方法．经计算机计算检验，可以得到稳定而精确的解．该方法可以用于模拟雨水管网实际径流过程．

运动波方程的特征有限元数值模拟

推导了运动波方程的特征有限元格式,实现了该方程的特征有限元数值模拟。借助正交试验法,以解析解为参考,分析了一定净雨强、坡长、坡角、Manning糙率条件下,有限元单元尺寸、计算时间步长以及允许误差等因素对数值解误差的影响。分析结果表明,在净雨强均匀分布的情况下,数值解与解析解的误差沿坡顶至坡脚快速减小;最大误差均出现在靠近坡顶边界的节点处;误差受单元尺寸影响最大,而时间步长和允许误差相对较小。

透水坡面降雨径流过程的运动波近似解析解

本文从坡面流运动波理论的基本方程出发 ,利用运动波特征线法和分级叠加法 ,推导出了实验条件下考虑净雨强随时间变化的坡面流运动波方程近似解析解。用实验实测资料对模拟计算结果进行了验证。结果表明 。

黄土沟壑区坡面入渗-产流方程推导及数值解法

从修正的Green-Ampt方程出发,通过数学推导将常微分形式的Green-Ampt入渗方程转化为超越方程求解,从而简化了Creen-Ampt方程的计算过程;对坡面流运动波方程,给出了推导过程和四点隐式差分求解方法.简化为超越形式的入渗方程经牛顿迭代和四阶龙格-库塔算法求解,可以保证解的收敛和稳定,牛顿迭代相比龙格-库塔方法计算精度更高;在坡面土槽进行恒降雨强度的3场降雨冲刷试验,利用三维激光扫描仪获取生成的DEM数据,检验在l mm网格精度下的入渗和产流模拟结果,结果表明坡面流过程的模拟计算结果与实测资料符合良好,可用于模拟坡面入渗和产流过程,入渗误差可控制在12%以内,流量误差在13.1%以内,模拟的入渗率和流量均比实测值偏大,且模拟入渗率误差与流量误差呈正相关.

激光等离子体及点爆炸空气冲击波波前运动方程的研究

根据激光等离子体空气冲击波在自由空间中传播的约束条件导出的空气冲击波前运动方程与点爆炸波泰勒解进行比较 ,证明泰勒解是该冲击波波前传播方程在中场的近似形式 .并将该冲击波运动方程与强爆炸空气冲击波的实验进行比较 。

坡面切沟入渗-产流及形态发育动态过程研究

根据Green-Ampt方程和坡面流运动波方程,分别利用牛顿迭代和四点隐式差分方法进行求解,在坡面土槽进行恒降雨强度的3场降雨冲刷试验,对模拟计算结果进行验证。结果表明,坡面流过程的模拟计算结果与实测资料符合良好,入渗误差可控制在12%以内,流量误差在13.1%以内。同时利用三维激光扫描仪对每场降雨冲刷后的坡面形态进行了监测,定量分析坡面切沟侵蚀的发育过程。结果表明,随着降雨历时的推延,坡面产流产沙过程基本呈现先急剧变化后稳定的趋势,3场降雨中切沟内流速、径流量、平均产流率、泥沙量、切沟侵蚀强度在44～60min时间段内达到最大,分别为24.71cm/s,272.61L,6.99L/min,15.76kg,13.01kg/m2,切沟形态在3场降雨中,最大沟深达到0.301m,最长沟长达到5.437m,最长沟平均沟宽达到0.289m,左侧沟头最大前进速度为0.53mm/s,右侧沟头最大前进速度为0.48mm/s。

汶川地震灾区小流域洪水模拟及不确定性分析

2008年汶川地震以来,灾区山洪泥石流等次生灾害频发,山区洪水不仅自身具有极大危害,也是激发泥石流等次生灾害的水源条件。采取科学有效的方法对洪水流量进行估算,对于山洪和泥石流防灾减灾具有重要科学和现实意义。本文选取震区一个具有数年监测历史的小流域(2.4 km2)为研究对象,选取具有代表性的降雨场次,利用SCS产流模型和运动波方程分别进行产流和汇流计算,模拟洪水过程,用实测数据验证该水文模型在研究区的模拟效果。结果表明,该模型可以较好地捕捉峰值流量和峰现时间等关键指标;对于数平方公里尺度的小流域,划分子流域增大了参数选择的难度,对模拟效果并无明显提升;在保持参数一致的情况下,时间步长越短,模拟效果越精确,随着时间步长的增加,峰现时间延迟,洪峰流量减小,径流过程线逐渐坦化,趋于平缓。研究对认识汶川地震灾区小流域产汇流特征和洪水计算方法有一定的科学意义。

Optimal design and experimental measurement of the subharmonic characterizations of encapsulated microbubble

Based on a theoretical motion equation of encapsulated microbubbles within an ultrasound field, the subharmonic characterizations of microbubbles are optimally designed and analyzed by a computer aided design system. The effects of size, shell elasticity and acoustic pressure on subharmonic response of microbubbles are calculated theoretically to obtain the optimal parameters for nondestructive subharmonic imaging. In addition, microbubbles with different shell elasticity are prepared, and their subharmonic responses are measured in vitro. The results of theoretical calculation and acoustic measurement show that good subharmonic enhancement can be obtained by using the encapsulated microbubbles with the mean size of 3 μm, which were prepared from the surfactant solution with the proper ratio of shell material. It is also shown that the best operating acoustic pressure is 200 to 400 kPa for nondestructive subharmonic imaging based on such kind of microbubbles.