管道内水流冲击滞留气团的二阶Godunov数学模型

长距离输水、城市供排水等工程管道系统中常存在水流冲击滞留气团的现象,极可能产生异常压力波动,严重时甚至发生爆管事故。对此,提出将一种准确高效的非恒定摩阻模型引入水流冲击滞留气团的计算中,建立了考虑非恒定摩阻的二阶Godunov模型;并采用"虚拟单元"处理上游入口边界及下游水气交界面,实现了边界通量和内部单元通量的统一计算,避免了以往分别计算两种通量的繁琐,以及追踪水气交界面时数值插值的复杂求解。将该模型计算结果与恒定摩阻模型计算结果及试验数据进行比较分析,结果表明考虑非恒定摩阻的二阶Godunov有限体积模型能准确预测瞬变过程中压力波动和能量衰减情况。

一种改进的从明暗恢复形状的方法

从明暗恢复形状(SFS)是计算机视觉中三维形状恢复问题的关键技术之一,其任务是利用单幅灰度图像中明暗变化来恢复表面三维形状。快速步进法(FMM)作为求解Eikonal偏微分方程的有效手段,可以用于处理从明暗恢复形状问题。本文提出了一种基于改进的Godunov格式的多模板快速步进法(MSFMM)算法,解决了多源FMM的波动交汇问题,具备了处理多源SFS问题的能力。从实验结果可以看出,本文方法可以得到比MSFMM更高精度的结果,可以有效处理多源SFS。

基于激光雷达数据的小流域暴雨山洪二维数值模拟研究

为精确分析小流域暴雨洪水坡面汇流过程,以湖南省宝盖寺小流域为研究对象,基于高精度激光雷达点云数据,构建二维水动力学模型,对2012年场次洪水过程进行模拟,并将模拟结果与分布式水文模型模拟结果和实测结果进行对比分析.同时为解决网格数量多、运算速度慢的问题,该模型采用GPU并行算法.研究结果表明:1)采用的高分辨率地形数据,可以较好地模拟小流域坡面降雨径流过程,且可得到整个流域上的洪水汇流过程;2)二维水动力学模型的计算结果和分布式水文模型计算结果与实测值吻合较好,水动力学模型计算洪峰出现的时间误差1 d,洪峰流量误差为23%,且可应用于高分辨率地形数据;3)采用的GPU并行算法,可使模型的计算效率提高近50倍,使得计算时间小于小流域汇流时间.该模型可用于暴雨山洪的预报预警和三维推演工作.

基于梯度准则的动态局部自适应网格在浅水水流水质耦合模型求解中的应用

构建了动态局部自适应网格系统,采用自然邻居插值确定同等级别的相邻单元信息,在此基础上建立了有限体积Godunov格式下的高性能自适应水流水质耦合模型。采用和谐浅水方程结合非负水深黎曼重构,同时给出非均匀结构网格下的源项离散格式,保证了模型的和谐性和稳定性;利用集成对流扩散通量的HLLC(Harten,Lax, van Leer and Contact)近似黎曼算子计算界面通量,配合不同等级单元间的通量交换公式,确保了模型的守恒性;根据梯度准则实现动态局部自适应网格,提出了满足守恒性的网格等级调整水流要素再分配方法。数值结果表明,相对于传统结构均匀网格模型,该模型兼顾精度与效率,能够高分辨率拟合复杂边界和捕捉计算敏感区域,准确反映复杂流态和物质的迁移扩散。