基于FDS格式的长江镇扬段水沙数值仿真

基于镇扬江段河势变化剧烈、感潮特性明显、水沙运动复杂的特征,建立了二维非稳态水流、水质及泥沙耦合数学模型,在有限体积法框架下应用通量差分裂(FDS)格式计算模型中各跨单元边界的数值通量,基于实测数据对模型进行了率定验证.运用所建模型对洪季、枯季镇扬江段水沙过程进行数值仿真,结果表明:(1)镇扬江段汛期流速约为0.72—1.98m/s,枯水期流速约为0.33—1.24m/s,汛期平均流速约比枯水期增加了40.6%;(2)汛期水动力条件较好,沿河排污口最大污染带长度约1550m,枯水期总污染带长度约2800m,比汛期增加了46.2%;(3)汛期镇扬江段平均含沙量为0.12—0.20kg/m3,枯水期平均含沙量为0.07—0.11kg/m3,汛期含沙量较枯水期增加了40%;汛期,泥沙浓度从上游至下游沿河长方向基本呈现递减趋势;枯水期,由于径流、潮流双重作用明显,泥沙浓度沿程变化较小.

High Resolution Compact Finite Difference Schemes for Convection Dominated Problems

In this short article, the upwind and central compact finite difference schemes for spatial discretization of the first-order derivative are analyzed. Comparison of the schemes is provided and the best discretization scheme for convection dominated problems is suggested.

长江口北支基于混合网格的通量差分裂水流水质计算模式

本文建立了基于三角形四边形混合网格的二维水流水质耦合数值计算模式,网格通过推进阵面法自动生成,控制方程采用有限体积法对守恒变量进行离散,应用通量差分裂格式(FDS)计算边界上的水量、动量和污染物法向数值通量。模型应用于长江口北支崇海公路大桥修建后的流场浓度场的数值模拟。网格根据工程实际需要分区布置,在工程外区域采用有结构的四边形网格布置,既可贴合实际岸线边界,又便于组织数据结构;在工程附近区域采用无结构的三角形网格布置,利用三角形网格的灵活性实现复杂地形边界和局部小尺度流场浓度场的精细模拟。模型计算出的流场和浓度场与实测值对比令人满意,较好地解决了复杂边界和工程网格尺度问题。

通量差分裂格式的二维水流水质计算的适用性分析

将通量差分裂(FDS)格式应用于二维水流 水质数值模拟中。应用若干理想条件下的简化模型对格式的计算精度进行分析,结果表明:FDS格式不仅能高精度地模拟浓度梯度较缓的污染物稳定排放情况,且其二阶格式能高分辨率捕俘水质间断,与理论值吻合很好,说明FDS二阶格式能高精度地计算污染物间断排放引起的大浓度梯度或水质突跃情况。该格式在长江南通江段水环境数值模拟中的应用验证了它的实际应用能力。

长江江苏段二维水流-水质模拟

根据长江江苏感潮河段水流水质及地形特点 ,应用有限体积法及黎曼近似解建立了平面二维水流 -水质模型。模型应用有限体积法的积分离散 ,并利用通量坐标旋转的不变性把二维问题转化为一系列局部的一维问题进行求解 ,采用通量差分裂格式计算各跨单元边界的水量、动量及污染物输运等通量。应用浓度输移精确解验证模型算法的正确性 ,利用长江江苏感潮河段的水流、水质监测资料进行模型率定检验 ,并通过对卫星遥感资料的分析检验模型计算污染带的合理性。模型在长江江苏段主要地区区域供水规划及实施决策支持系统中得到应用 。

通量差分裂方法在一维河网模型中的应用

以通量差分裂格式离散非守恒型圣维南方程组,为保证河网整体离散形式的一致性,采用特征线方法离散边界节点,并引入限制器和熵修正使离散模型具有TVD(Total Variation Diminishing)特性,在线性隐式化的基础上最终构建基于隐式TVD类方法的一维河网水流模型。通过实例验证,表明提出的方法能处理跨临界流变化,而且在实际复杂河网中对水位及主、支河道分流比都能较好地模拟,具有一定实用性。

基于高阶逆风通量差分裂格式的直升机旋翼前飞流场模拟

描述了三维雷诺平均NS方程数值模拟前飞状态旋翼非定常流场的方法和模型。在该模型中,将三阶逆风格式(MUSCL)与通量差分裂方法相结合,无需添加人工粘性,因而可有效地减少Jameson二阶中心差分有限体积法导致的旋翼尾迹数值耗散。为充分考虑旋翼尾迹对流场的影响和计入桨叶的旋转、挥舞、变距运动,发展了一种运动嵌套网格。针对嵌套网格中关键的贡献单元搜寻问题,提出了一种新的“伪贡献单元搜寻法”。应用上述方法,对Caradonna模型旋翼在周期变距和挥舞运动条件下的前飞流场进行了计算,与采用Jameson二阶中心差分方法相比,计算结果更贴近实验值。并针对几种不同桨尖形状的旋翼前飞流场进行计算,表明后掠桨尖可有效减弱超临界流动。

基于显式有限体积法的一维河网模型

采用显式通量差分裂格式离散圣维南方程组,通过特征线方式处理边界;在局部离散中引入跨临界流熵修正和TVD限制器,以提高模型精度并保证模拟稳定性,最终构建了基于显式有限体积法的一维河网水流模型。经典算例验证表明,所建立的模型能够处理具有激波的跨临界等复杂流态;模型应用于长江南京八卦洲河段,水位和流量的验证表明该模型能够应用于实际的河网,并具有较高的精度,为显式离散方法应用于河网模型提供了一种思路。

基于通量差分裂的圣维南方程组离散方法

为了提高一维河道水流模拟精度,以通量差分裂格式为基础,从波动守恒角度出发,结合限制器和熵修正等数值技术构建了一种理论基础较强且计算稳定的圣维南方程组高精度离散方法.标准的一维溃坝算例表明,该方法在处理含激波流动问题时具有可靠的稳定性;陡坡实验水槽算例验证结果表明,该方法在模拟跨临界流时也具有良好的数值精度.该方法可以作为一维水流模拟的一种有效方法加以应用.

一个基于通量分裂的高精度MmB差分格式

本文研究双曲型守恒律的高精度差分方法。在新的算法中 ,首先将计算区间划分为互不相交的小区间 ,再根据精度要求等分小区间 ;其次 ,根据流动方向进行通量分裂 ,重构小区间交界面上的正、负数值通量 ,并进行校正 ;然后 ,采用高阶Runge KuttaTVD方法进行时间离散 ,构造了一维非线性双曲型守恒律方程的一个高精度、高分辨率的守恒型差分格式。推广到二维双曲型守恒律方程 ,证明了格式的MmB特性。进而推广到二维守恒型方程组情形。最后对二维Burgers方程及Euler方程进行了数值试验 。

用多重网格TVD方法求解三维高超音速粘性流场

本文采用时间相关法求解了三维Ｎ－Ｓ方程。在计算中，对于压力和对流项采用Ｒｏｅ的通量差分分裂技术和Ｏｓｈｅｒ－Ｃｈａｋｒａｖａｒｔｈｙ的ＴＶＤ格式，对于粘性项，采用了中心差分格式。通过数值模拟得到了钝头双锥体高超音速层流流场在不同攻角下的数值解。计算的重点放在壁面热流率的预测。在攻角为４°和１２°的状态下，Ｓｔａｎｔｏｎ数的计算值与实验值进行了比较，二者吻合较好。为了加快收敛速率，计算时采用了多重网格方法。

一维高阶ENO格式的应用研究

构造了基本 ENO有限体积格式 ,在标量守恒系 ,矢量守恒系中研究了 ENO格式的具体应用 ,给出了矢量守恒系中基于特征分量的 ENO重构算法 ,通过采用 Roe平均通量差分分裂 ( Roe-FDS) ,有效地抑制了间断解附近的振荡。一维 Euler方程的数值模拟结果进一步表明 ENO格式具有较高的激波分辨率和较低的数值耗散 。

双曲型守恒律的一种高精度TVD差分格式

构造了一维双曲型守恒律方程的一个高精度高分辨率的守恒型TVD差分格式.其主要思想是:首先将计算区域划分为互不重叠的小单元,且每个小单元再根据希望的精度阶数分为细小单元;其次,根据流动方向将通量分裂为正、负通量,并通过小单元上的高阶插值逼近得到了细小单元边界上的正、负数值通量,为避免由高阶插值产生的数值振荡,进一步根据流向对其进行TVD校正;再利用高阶Runge KuttaTVD离散方法对时间进行离散,得到了高阶全离散方法.进一步推广到一维方程组情形.最后对一维欧拉方程组计算了几个算例.

关于一维非恒定流方程的差分格式、底摩擦项形式和数值稳定性的关系

本文分析了一维非恒定流方程的差分格式、底摩擦项形式和数值稳定性之间的各种关系,论证了:(a)在格式中加入底摩擦项并不一定提高稳定性;(b)非对称型格式和中心差分格式应采用不同形式的底摩擦项;(c)一维非恒定流方程的一阶迎风格式和矢通量分裂格式的线性稳定性条件。

一类基于通量分裂的时空二阶精度差分格式

通过对数值通量进行分裂、重构和修正,结合二阶Runge-Kutta TVD时间离散方法,构造了一类求解一维双曲型守恒律的时空二阶精度差分格式,并分别按分量方法和特征分解方法推广到一维守恒律方程组的情形.最后通过几个典型数值算例验证了格式的有效性.

基于Van Leer矢通量分裂的计算方法研究与应用

基于Van Leer矢通量分裂方法结合NND格式,构造一种新的矢通量分裂的差分算法.通过对二维非定常Euler方程的数值计算,证明该算法有着较高的计算精度和效率,并能自动捕捉到流场中的激波.

一类三维基于通量分裂的高精度MmB差分格式

采用谱体积(SV)方法划分计算域,研究了双曲型守恒律的高精度差分格式;引入牛顿数值差商,重构小区间交界面上的正、负数值通量,并给出了校正公式;对时间离散采取高阶Runge-Kutta TVD方法,构造了三维非线性双曲型守恒律方程的一个高精度、高分辨率的守恒型差分格式,证明了格式的MmB特性。数值模拟计算结果表明了MmB差分格式的有效性。

一类基于通量分裂的二阶精度TVD差分格式

基于通量分裂和逆风特性,选取单元交界面上的正、负数值通量,并结合高阶Runge-KuttaTVD时间离散方法,构造了一维非线性双曲型守恒律的一类二阶精度的差分格式,证明了差分格式的TVD特性。按分量形式推广到方程组。通过几个典型的数值算例验证了格式的有效性。

基于二维非结构网格的全隐式,迎风格式欧拉方程研究

对二维非结构网格进行了网格重构,使用格点格式有限体积法离散流场方程,采用Roe矢通量分裂方法计算通量,时间推进采用LU-SGS方法。通过对NACA0012翼型和RAE2822翼型的流场模拟,验证了本算法的可行性和高效性。

基于平均逆映射的三阶通量分裂差分格式

基于通量分裂、逆风特性及平均逆映射方法,选取数值通量导数,利用三阶Runge-Kutta TVD时间离散方法,构造得到求解双曲型守恒律方程的一个三阶精度通量分裂差分格式.最后,给出了几个标准数值算例,以验证格式具有形式简单及高分辨率等特性.