基于流体质点追踪的山区泄漏原油扩散规律研究

中缅油气管道是第一条长距离跨山区输油管道,途经我国地形地貌复杂、地质灾害频发的西南山区。严峻的自然地理环境使得原油管道的运行风险极大。输油管道破裂后,泄漏的油品将导致土壤变质和大面积水体污染等环境污染问题,快速预测原油的泄漏影响范围对于泄漏抢险工作具有重要意义。本文基于数字高程模型构建真实山体地形,通过流体质点追踪法描绘泄漏路径与扩散范围,提出了一种快速泄漏预测方法。使用该方法对山地管道泄漏的各种工况进行计算,研究了各种地形下泄漏路径、范围的不同特征,得到了各种影响因素对泄漏的作用。可为山地区域输油管道泄漏的抢险工作提供有效的参考。

用Lagrange方程求自由质点在球坐标系中运动微分方程

利用Lagrange方程和坐标变换的方法,本文详细地给出了自由质点在球坐标系中运动微分方程的求解过程.在求解过程中,数学推导严密,过程详尽,并且思路清晰,这对于理解和掌握这部分知识有一定的指导和参考意义。

黄、东海水母质点追踪影响因素分析

基于数值模型采用质点追踪的方法对大型水母的运移规律及其聚集的影响因素进行了研究。本文共设置6个质点释放区,分别从3、4、5月1日释放后追踪至9月30日。主要结论有:(1)采用不含潮汐过程与包含潮汐过程的水动力模式分别对表层质点进行追踪,结果表明含潮汐混合和潮汐非线性效应的POM模式对质点时空分布的模拟较为可靠;(2)基于含潮汐过程的POM模式气候态模拟结果,考虑质点垂直运动进行追踪,质点运移速度较表层追踪大大减慢,进入朝鲜/对马海峡的质点减少;其中济州岛沿岸质点几乎全部穿过朝鲜/对马海峡进入日本海,其它释放区质点最终广泛分布在南黄海以及东海中陆架,主要在黄海潮汐锋区和长江口以南沿岸锋聚集;(3)通过分析不同释放时间对质点在9月末分布的影响发现,质点释放时间偏早,即水母幼体形成较早,将使相对较多的质点向朝鲜/对马海峡聚集。

三维质点追踪模型及其在胶南海域的应用

在已建立的变边界河口、陆架、海洋模型(ECOM)的基础上添加一个变边界质点追踪模块,研究胶东半岛南海域的物质输运特征,讨论了三维空间中,水质点在潮流作用下的迁移特点。该模型在近海海洋环境管理上具有实用价值。

基于质点追踪随机模拟的入海煤尘扩散计算

滨海电厂煤码头的运营过程中,入海煤尘会对海洋环境造成污染。通过规范公式对卸煤码头装卸过程中的煤炭损失量进行估算,确定煤码头扬尘入海的数量。煤尘在降落时受到重力和风力的共同作用而降落海面,通过经验公式计算煤尘降落海面时降落点与煤码头的水平距离,概化了入海煤尘的面源范围;采用拉格朗日质点追踪法计算了煤尘降落海面后在水体中的悬浮扩散过程,得出了悬浮煤尘在海水中的浓度范围。

南黄海辐射沙脊群西洋水道质点示踪数值模拟

基于二维水动力数学模型和现有西洋垂线流速分布公式,运用Lagrange质点示踪法计算分析了南黄海辐射沙脊群北部西洋水域的质点运动轨迹,并与投放到该海域的GPS漂流浮标运动轨迹作比较,计算结果与实测浮标漂流轨迹吻合良好。模拟结果表明,西洋水域的涨潮表层流速最大可达3.5 m/s,落潮流速最大可达2.0 m/s,水质点运动主要沿着主槽方向,当质点运动到潮流沙脊区域,其运动会发生偏移,Lagrange余流方向指向南面。

基于多相质点网格法的大气污染仿真模拟

为了准确估计不同风速条件对单点源排放的污染物浓度时空分布、粒子抬升高度、污染物扩散范围产生的影响,使用以多相质点网格(multi-phase particle-in-cell,MP-PIC)方法为基础的拉格朗日粒子追踪模型对污染物扩散进行大涡仿真模拟。结果表明:低风速下,受污染源阻挡作用,污染源周边形成方柱绕流现象,污染物在下风方向分裂为两股,污染物随湍流作用在计算域内波动,且计算域内分裂状况始终存在。随着风速的增大,污染物分裂情况逐渐消失,且污染物扩散范围、粒子最大抬升高度随风速增大而减小。风速为2 m/s时,分裂的两股污染物之间距离为5~20 m,流场稳定时下风向1000~1300 m污染物最大数浓度为70~87个/m^3;风速为5 m/s时,分裂的两股污染物距离为2~10 m,流场稳定时下风向1000~1300 m污染物最大数浓度为212~300个/m^3;风速为10 m/s时,分裂情况消失,流场稳定时下风向1000~1300 m污染物最大数浓度为407~502个/m^3。

基于拉格朗日方法的洪泽湖与巢湖河流出入湖水体追踪计算

利用耦合北斗和GPS双定位系统的拉格朗日随体法水质点追踪仪,在2018年9月至2019年10月期间开展了总数为18次的洪泽湖和巢湖主要河流河水入湖后表层、中层和底层水体运移同步追踪观测,研究了两个湖泊河水入湖后的运移轨迹和速度特征。结果表明:淮河主河道河水入洪泽湖后流向南北两侧;徐洪河河口处水体表层流速在洪泽湖5条河道出入湖口处为最大;巢湖双桥河河口处水体流速受巢湖闸运行影响强烈,各层流速在7条入湖河流中最大。洪泽湖、巢湖入湖水体流速由表层至底层逐渐降低,洪泽湖各层水体流速大于巢湖。洪泽湖河口处表层水体8次测量平均流速为6.11cm/s;巢湖为5.51cm/s;二者中层流速分别为5.32和3.85cm/s;底层则分别为4.96和3.67cm/s。

大亚湾水交换的数值模拟研究

对大亚湾的潮流场进行三维数值模拟,分别用Lagrange质点追踪法和保守物质输运扩散2种方法研究大亚湾的水交换能力,并把大亚湾分成7个子区域,计算整个海湾和各子区域的水体平均存留时间和更新时间,比较各子区域的水交换能力的大小,分析2种方法结果差异产生的原因。大亚湾的水交换能力受潮致余流流场结构支配。质点追踪模拟结果显示,大亚湾南部及大鹏澳区域质点迁移出海湾的速度较快,哑铃湾、大亚湾北部及范和港区域较慢;保守物质输运扩散模型计算结果显示,大亚湾东南部水体的更新时间最快,水交换能力最强,其次分别为大亚湾中东部、西南部、范和港、大亚湾北部、大鹏澳、哑铃湾。

钢制轮辋滚压成形数值模拟与实验研究

目的解决合金钢制轮辋滚压成形精度低和圆角减薄难以控制等问题。方法通过Solidworks建立钢制轮辋三维模型,并对轮辋滚压模型参数进行优化设计,确定材料应力–应变、接触边界条件,且根据节点线速度相等原理计算钢制轮辋滚压成形时间步长。运用有限元软件Simufact Forming分析不同工艺参数对成形厚度的影响,在此基础上,优化滚压成形工艺参数组合,并分析各道次滚压轮辋应力和应变的仿真结果,引入质点追踪技术,分析应力在每个增量步内的变化规律。结果对比分析仿真与实验测试数据,发现仿真厚度与实际厚度基本吻合,验证了滚压工艺仿真的正确性。结论增大摩擦因数有利于工件成形,但当摩擦因数增大到0.3后,对成形壁厚影响不明显。随着进给速度的增大,测点厚度增加,此时利于成形,但进给速度过大,侧向力变大,易造成工件偏移。降低转速有利于控制轮辋减薄。在成形过程中,一滚凹槽先产生较大应力,且应变较大;二滚预成形轮缘,该处应力和应变均较大,且最大等效应力出现在轮缘部位;三滚轮辋精确成形,应力分布更加均匀,圆角变形相对较小,轮辋圆角减薄率明显提升。

可视化技术在气象数据场分析中的运用

现代战争,特别是高技术条件下的局部战争,数字化战场及高、精、尖技术在军事领域的广泛应用,对气象保障的及时性,精确性和综合性提出了更高的要求。利用可视化算法并结合OpenGL对气象数据进行处理,实现了对于二维、三维标量场和矢量场数据的可视化。实验表明,充满视觉效果和交互能力的气象数据可视化使得原本冗繁的气象数据分析工作变得简单直观。

基于质点追踪方法的渤海水交换特性

在渤海三维水动力模型的基础上,利用质点追踪方法对渤海水交换进行了研究。采用水体更新时间作为衡量水交换的标准,经计算得到渤海的平均水体更新时间为1 181.7 d。通过分析渤海的剩余质点比例曲线发现,初始位于渤海的物质量随时间的变化可分解为年际尺度上的指数衰减信号和1 a周期的震荡信号,其中年内震荡信号与河流总流量存在显著相关关系。通过指数曲线拟合分析,90%的渤海质点交换至渤海外部需要2 707 d。

数值模拟方法在隐伏岩溶水源地保护区划分及污染治理中的应用

文章以北京市东南郊大兴迭隆起隐伏岩溶水子系统内的两个水源地(大兴念坛水源地与通州龙旺庄水源地)为例,研究数值模拟方法在隐伏岩溶地下水水源地保护区划分中的应用。研究基础为基于GMS建立的包括第四系与岩溶含水层在内的三维非稳定流地下水数值模拟模型,采用的主要技术手段为质点追踪技术,结合溶质质点迁移100d与1 000d的距离划分水源地的一级与二级保护区,并提出相应的污染防控措施。研究得出,对于隐伏岩溶水大部分来自上覆第四系松散孔隙水越流补给的情况,岩溶水源地保护区即是上覆松散含水层的保护区范围,应加强第四系孔隙含水层地下水污染的防治,以保护岩溶水不受污染。

环渤海排污口临近海域水交换能力研究

将环渤海主要入海排污口按位置划分至31个归并点,并定义了影响距离的概念,用于衡量各归并点所代表的排污口临近海域的水交换能力。在渤海三维水动力模型的基础上,利用质点追踪的方法研究了各归并点的30d影响距离。此外,通过在夏季(7月)大潮、夏季小潮、冬季(1月)大潮、冬季小潮4个时间段释放质点以研究季节和潮汐对30d影响距离的作用。结果表明:不同排污口邻近海域的水交换能力差异显著;与小潮相比,大潮期间排污口邻近海域水交换能力更强,因此大潮期间排污有助于污染物扩散;不同季节污染物扩散方向不同,与季风有关。据此海洋环境保护部门可根据不同海区水交换能力的差异调整排污量。

污染物迁移扩散的质点追踪随机模拟

采用分2步走办法拉格朗日质点追踪法,来解决对流扩散现象的质点运动问题.用质点追踪法分别对静止流体中的中缝射流污染排放问题、紊流流体的中缝射流污染排放问题以及侧排污问题进行了模拟,先用有限差分法给出流场分布,再用质点追踪法模拟对流扩散现象,从模拟结果可以看出,质点追踪法产生的数据比较合理,稳定性较好,可以将此方法应用到污染物对流扩散实际问题的计算中.将质点追踪法推广,可以应用在解决其他物质扩散的问题中去.

渤海湾环流的一次观测和分析

为了对渤海湾的环流形态有一个准确的认识，对渤海湾进行了一次较为全面的海流调查。这次调查以Ｌａｇｒａｎｇｅ观点为指导，采用３种方法：海流计在固定站位连续测流；漂流板轨迹观测和“人工水母”测底层流。本文分别介绍这三种方法及观测过程。

多尺度裂隙介质中溶质运移研究进展

总结了单裂隙尺度和网络裂隙尺度中溶质运移的基本特点、试验研究成果、裂隙交叉处的混合模式、数学模型以及模拟方法等.分析了裂隙介质中溶质运移试验研究的局限性,评价了各种数学模拟方法在实际应用中的优缺点,指出了溶质运移的研究特别是裂隙几何特征和交叉处的混合模式的研究还有待进一步完善.

污染河水对浅层地下水环境的影响范围研究

在北运河典型地段设置两组剖面,通过对两组剖面上地下水水位和水质的观测分析,以及采用模型质点追踪方法,研究了北运河典型地段河水污染对地下水环境的影响范围。结果表明:污染河水对地下水的影响带分布在沿河道向两侧展布约200 m;污染河水对地下水的影响范围与地层岩性有关,在黏性土为主的地层影响范围明显小于以粉细沙为主的地层;污染河水对地下水的影响范围与河水流动的形状有关,在弯度较大的地段,影响范围较大,而且向河岸的一侧倾斜,而在相对平直的地段,影响范围相对较小。

基于个体的西北太平洋柔鱼冬春生群生活史早期生态模型构建

为了对西北太平洋柔鱼冬春生群生活史早期的生长、死亡、输运和分布等进行研究,将其生长、死亡等早期生物过程进行参数化,利用物理模型(FVCOM-Global)模拟生成北太平洋(10°~60°N,120°E~110°W)三维物理场,采用拉格朗日质点追踪的方法将物理模型和生物模型(基于个体模型)耦合,构建了基于个体的西北太平洋柔鱼冬春生群生活史早期生态模型,并用此模型对1997–2010年冬春生群的输运分布进行数值模拟。模拟结果表明:在一定温度范围内,越靠近最适水温,冬春生群的生长速度越快,当日龄为38 d时,胴长可达到11.76 mm,之后由指数生长逐渐变为线性生长;1997–2010年模拟补充量有年际的波动,在考虑冬春生群亲体量不同的前提下得到的实际补充量最多和最少的年份分别是1999年和2009年;冬春生群在模拟阶段主要位于产卵场内,在25°N以南主要向西部输运,25°N以北逐渐呈向北和向东北方向输运的趋势,尤其在输运后期受强流的影响较大;在垂直方向上,100 m水深以内的仔鱼占比将近一半。本研究能为西北太平洋柔鱼冬春生群的生态动力学深入研究奠定基础。

象山港内水体交换数值研究

依据2002年8月到9月的水文调查,以溶解态的保守物质为湾内的示踪剂,建立对流———扩散型的海湾水交换数值模型,通过模拟对流———扩散过程来研究象山港狭湾内、外水体交换问题以及狭湾内大精娘礁两侧(西沪港处东西两侧)的水体交换情况。同时比较采用标志质点追踪方法得出的水体交换率。分析象山港内的水体交换特征。由于象山港狭湾内外水流存在较大的差异,狭湾外的涨潮流速大于落潮流速,象山港顶的水流速度较小,这些流场特点控制了海水交换,港内的水体与港外水体交换十分缓慢。