Integrating 1D and 2D hydrodynamic,sediment transport model for dam-break flow using finite volume method

The purpose of this study is to set up a dynamically linked 1D and 2D hydrodynamic and sediment transport models for dam break flow.The 1D-2D coupling model solves the generalized shallow water equations,the non-equilibrium sediment transport and bed change equations in a coupled fashion using an explicit finite volume method.It considers interactions among transient flow,strong sediment transport and rapid bed change by including bed change and variable flow density in the flow continuity and momentum equations.An unstructured Quadtree rectangular grid with local refinement is used in the 2D model.The intercell flux is computed by the HLL approximate Riemann solver with shock captured capability for computing the dry-to-wet interface for all models.The effects of pressure and gravity are included in source term in this coupling model which can simplify the computation and eliminate numerical imbalance between source and flux terms.The developed model has been tested against experimental and real-life case of dam-break flow over fix bed and movable bed.The results are compared with analytical solution and measured data with good agreement.The simulation results demonstrate that the coupling model is capable of calculating the flow,erosion and deposition for dam break flows in complicated natural domains.

西三洼洪水演进数值模拟及洪水风险分析

为模拟西三洼蓄滞洪区洪水演进,对其洪水风险进行分析,以一、二维非恒定流控制方程为基本理论,采用有限体积法,结合西三洼地形资料及大清河流域水文资料,建立一、二维耦合的洪水演进数学模型。采用63·8洪水实测资料对模型进行验证,结果基本吻合。对不同工况及重现期下的设计洪水进行洪水演进模拟计算并绘制洪水风险图。研究表明:该模型可模拟西三洼蓄滞洪区各分洪口门开扒时间、各时刻淹没面积、淹没水深及滞洪量等水情信息及其变化过程;规划情况(增加安全区)的滞洪总量大于现状情况滞洪总量;发生百年一遇洪水时,西三洼蓄滞洪区77%地区都遭受洪水侵害,其中57%区域为危险区,11%区域为重灾区,5%区域为中灾区。研究成果可为防汛部门制定科学合理的防洪减灾规划提供参考依据。

核废料处置概念库工程屏障中热—水—应力耦合过程数值分析

考虑了缓冲层中温度梯度水分扩散、水蒸汽扩散对水连续性及能量守恒的影响,进一步完善了所建立的饱和-非饱和介质中热-水-应力耦合现象的控制方程,并以国际合作项目DECOVALEX III中课题Task3BMT1为模拟对象,使用所开发的有限元程序对一个核废料处置概念库近场的热-水-应力耦合过程进行了数值分析,考察了工程屏障中若干点的温度、含水量、孔隙水压力及主应力的变化、分布情况,并将部分结果与日本THAMES软件的Task3BMT1计算数据作了对比,看到二者的规律在定性和定量上有某种一致性,但仍存在一定差别,笔者试着分析了原因并得出了一定的认识。

二维非均匀介质中大地电磁的耦合模拟

阐述了边界元法的基本原理及其在二维大地电磁测深正演中的实现过程 ,深入研究了边界单元和有限单元的耦合模拟方法 ,目的在于为二维大地电磁测深提供实用的、精确的、计算效益高的计算工具。理论研究及模型计算表明 ,这种耦合方法能够有效地模拟大地电磁场的变化规律。

二维互连电感电阻的电路模型法提取

介绍一个基于电路模型法的二维电感、电阻提取器的原理及实现方法 .对衬底采用局部加密的电流细丝划分方法减少了未知量的个数、提高了计算速度 ,并利用高斯积分解决两电流细丝之间出现的三种奇异电感积分计算 .该提取器具有很好的计算精度 ,能准确反映电阻与电感随频率的变化趋势 .

雷击高塔对多导体架空配电线感应过电压的影响

为了研究雷击高塔时多导体架空配电线路感应过电压特征,基于高塔传输线模型建立了2维时域有限差分算法,计算雷击高塔时产生的空间电磁场,并结合Agrawal耦合模型计算了2种典型结构(水平和垂直结构)多导体架空配电线上的感应过电压。算法精度通过与相关文献结果的对比得以验证,利用该算法对比分析了雷击地面和雷击高塔时的感应过电压,并讨论了水平距离、塔高、电导率和屏蔽线等因素的影响。结果表明:与雷击平坦地面相比,雷击高塔时2种结构的线路感应过电压波形产生了明显振荡,幅值也显著变大;对于2种结构的线路感应过电压,其幅值均随着距回击通道水平距离的增加而减小、随土壤电导率的减小而增大;当塔高小于水平距离时,线路过电压幅值与塔高成正相关关系。另外,屏蔽线的存在会明显降低线路端点的感应过电压幅值,水平多导体架空线中间位置的线路、垂直多导体架空线最靠近屏蔽线的线路受屏蔽作用最明显。该研究结论可为改进架空线路的防雷设计提供理论参考。

变频供电异步电机端部绕组磁场分析

变频器引入的高次谐波电流会对异步电机端部绕组的振动产生不良影响,而磁场计算是端部绕组电磁力及振动分析的基础。为此,提出了变频器驱动下异步电机端部绕组磁场计算方法,通过二维场路耦合时步有限元法求解定子电流,再将定子电流作为加载条件进行瞬态三维磁场分析。设计了一台实际的三相鼠笼式异步电机,采用所提方法对其进行了建模仿真,同时采用探测线圈测量了端部绕组的漏磁,对比发现仿真结果与试验测量值吻合良好,验证了所提计算方法的准确性。该研究为后续进一步分析端部绕组的振动提供了基础,有助于指导变频供电异步电机的优化设计。