HYBRID FINITE ANALYTIC SOLUTIONS OF SHALLOW WATER CIRCULATION

The hybrid finite analytic(HFA) method is a kind of numerical scheme in rectangular element. In order to simulate the shallow circulation in irregular bathymetry by HFA scheme, the model in sigma coordinate system was obtained. The model has been tested against three cases: 1) Wind induced circulation; 2) Density driven circulation and 3) Seiche oscillation. The results obtained in the present study compare well with those obtained from the corresponding analytical solutions under idealized for the above three cases. The hybrid finite analytic method and the circulation model in sigma coordinate system can be used calculate the flow and water quality in estuaries and coastal waters.

平流式沉淀池二维数值模拟--数学模型及计算方法的验证

建立描述沉淀池内的水流流动、混合与沉淀特性的k-ε双层模型及传质沉降模型,速度与压力解耦时使用了SIMPLE算法,采用交错网格技术布置变量,利用混合有限分析格式来离散求解所建立的数学模型。结合文献中经典的实验结果进行数学模型及计算方法的验证:首先检验了不同雷诺数范围内水流由池底进入时模型的预测能力,与Imam等的速度场(Re=10900)及挡板后方回流涡长度(雷诺数从2500~25000)进行了比较,验证了模型的有效性;与Imam等的实验及计算所得过流曲线进行了比较,结果表明本文预测的结果精度更高;低浓度污染物<150~200 mg/L时,固相对液相的影响可以忽略,所建立的沉降模型可以预测沉淀池内污染物的去除率,计算结果与其它文献值吻合良好;水流入口从池子中部进入时流场发生了变化,入口处出现了两个旋涡,预测结果也得到了验证。因此作者所建立的数学模型及求解方法可以用来预测沉淀池内低悬浮物固体浓度污水的流场,传质与沉降特性。

考虑端部效应的混合励磁直线涡流制动器解析模型

对于提出的串联磁路混合励磁直线涡流制动器结构方案,研究了端部效应对其特性的影响,并建立了解析模型。首先,详细介绍了串联磁路混合励磁直线涡流制动器的基本结构和工作原理。其次,根据等效磁路法和麦克斯韦方程组推导出了串联磁路混合励磁直线涡流制动器的二维解析模型。然后,采用解析法分析了纵向和横向端部效应对涡流制动器制动力特性的影响,并通过引入一些修正系数考虑了端部效应对制动力特性的影响,得到了改进的解析模型,即三维解析模型。最后,采用三维有限元法证明了三维解析模型的准确性。结果显示,三维解析模型可以准确地预测涡流制动器的制动力特性曲线。

模拟沉淀池流速场的层流模型扩展性研究

平流式沉淀池内水流的雷诺数>3 000(为紊流),当利用传统的层流模型进行模拟时不能准确获得沉淀池内的流速场分布,若采用特征涡粘性雷诺数或密布网格,则可以扩展层流模型模拟沉淀池内物理量的适用性。利用混合有限分析解法及交错网格技术对沉淀池内的流动状况进行数值模拟,结果表明沉淀池内存在两个旋涡,在挡板后存在一个较大的回流区,该处的旋涡呈逆时针旋转,另一个旋涡在出口堰底板附近,为顺时针旋转的小旋涡,结果与试验资料吻合良好。

一维和二维溃坝波的混合有限分析解

针对水深平均二维浅水方程高分辨率模型,采用非交错网格下的二维对流扩散方程的混合有限分析法,运用SIMPLE算法结合Rhie and Chow的动量插值技术计算二维溃坝水流.一维理论解和其他格式的二维数值结果符合良好,表明非交错网格下的混合有限分析法能正确有效地求解溃坝问题.进而对部分溃决情况下的溃坝波传播和绕流问题进行了数值模拟,给出了精细的数值结果,揭示了复杂的运动特性,进一步表明混合有限分析法具有较强的溃坝波的捕捉能力,是求解溃坝流动的有效方法之一.

同轴三维射流特性研究

在k～ε双方程紊流模型的基础上,结合混合有限分析交错网格法,对同轴三维非浮力射流进行了数值模拟,得到了三维同轴射流的流动特性和浓度分布特性.将计算所得结果与前人的试验资料进行对比,两者的流动特性吻合较好;计算给出的浓度在横断面上的分布图以及在不同流速比下的变化规律与解析解的结果基本一致,进一步验证了数值模型的可靠性,表明建立的紊流数学模型及计算方法是有效的.

圆形沉淀池内温差异重流与浮力流的数值模拟

为了了解圆形沉淀池内水流在无温差及存在温度差时的特点,建立了描述圆形沉淀池内水流运动的k-ε双层湍流数学模型,采用交错网格系统,压力与速度解耦时采用了SIMPLE方法,控制方程的求解方法为混合有限分析解法。对中心进水周边出水的圆形沉淀池的模拟结果表明所建立数学模型的模拟结果与文献中的资料吻合良好。在无温差时且低污染物浓度<150~200 mg/L时,池内存在一个很大的回流区;低温水进入高温水池时,常会产生异重流现象;高温水进入低温水池时,会产生浮力流现象。

连续弯道平面二维温排水的数值模拟

温排水问题为环境水力学的典型研究课题,研究温排水运动水域的流场温度场分布情况,无论是对温排水工程规划设计,防止热污染,还是对生态环境保护等都具有重要的科学意义。采用曲线坐标系下平面二维数学模型对连续弯道温排水问题进行了数值模拟,通过相同流速比下连续弯道中3种不同排放形式(左岸、右岸和中心排放)温度等值线图的比较,相同排放形式不同流速比时温度等值线图的比较,表明建立的数学模型能合理反映温排水运动规律,可以用于温排水运动的模拟。

污水侧排近区特性的三维数值模拟研究——数学模型及其检验(Ⅰ)

给出描述热污水全深度侧排的三维湍流数学模型 ,并考虑了浮力效应。进而采用 Chu的实验资料进行检验 ,计算结果和试验资料的吻合证明了模型和方法的正确性 。

复式断面明渠中水平热水浮力射流近区稀释特性研究

采用考虑浮力效应的RNGk-ε双方程模型,结合混合有限分析法对复式断面明渠流中水平圆孔热水浮力射流进行了数值模拟,对其近区稀释特性及二次流结构进行数值分析.同时,采用三维ADV测速仪及温度测量仪对其近区典型断面的:1)横断面主流速等值线分布;2)二次流;3)横断面温度等值线分布进行了试验测量.数值模拟结果与试验资料的对比表明,考虑浮力效应的RNGk-ε模型能够较好模拟射流在环境来流、浮力效应、复式断面二次流等因素作用下,所表现出的分叉现象、附壁效应(Conada效应)和边滩二次流现象.

一种纯隐格式在近海潮流数值模拟中的应用

为分析纯隐格式的混合有限分析法在工程实际应用中的可行性,文章采用二维近海区域浅水数学模型,应用fortran语言和该数值离散方法编写了二维潮流场数值模拟程序,并将冻结法与ADI数值模式中的干-湿网格判别标准结合起来有效地处理了计算区域的浅滩。选取湛江湾为例,对其潮流场进行了数值模拟计算,通过与已有的潮位及流速测站的实际测量值进行比较分析,显示采用的数学模型及混合有限分析离散方法能准确有效地模拟实际流态,效果较好,结果准确可信,显示该隐格式方法值得在工程实际应用中推广。

静止环境中水平圆形浮力射流流动特性研究

采用基于重整化群(RNG)方法的k～ε模型结合混合有限分析法(HFAM)对静止环境中有限水深水平圆形热浮力射流进行了数值模拟,计算所得对称面上的温度等值线图与前人所做实验符合较好.进一步地分析表明,在相同的淹没深度下,对称面上温度(速度)衰减速度随密度弗劳德数的增加而减慢;在相同的密度弗劳德数条件下,对称面上的温度(速度)衰减随淹没深度的增加而加快;对射流近区的流动区域划分的初步分析,有助于对流动结构的认识;证明了该数学模型能够有效地对此种流动进行数值研究.

多孔平面射流混合区流动的数值计算

用K-ε湍流模型和混合有限分析法,模拟均匀排列无限多孔平面射流混合区内的流动。计算了不同相对孔间间距对混合区内流动特性的影响,得到了一些重要的关系。所得结果较为理想,对研究均匀排列多孔射流的流动有一定的价值。

混合有限分析法对加热Poiseuille流的数值模拟及分析

加热Poiseuille流是晶体生长控制技术中常见的一种流动,用混合有限分析法对之进行数值模拟,给出了流场的流线、涡量、压力和温度的等值线图;并给出了雷诺数和密度弗汝德数的倒数与产生漩涡的关系曲线.

用混合有限分析法求解二维溃坝洪水波的演进

在交错网格上,基于混合有限分析法离散浅水方程组和水深平均k-ε两方程湍流模型,并运用SIMPLE算法求解离散后的代数方程组,建立平面二维溃坝洪水波演进模型,对比典型算例———平底无摩擦二维非对称部分溃坝问题,数值模拟结果表明该模型能够较好地模拟自由面的变化规律,具有较强的捕捉间断的能力,充分显示了混合有限分析法模拟溃坝洪水波间断面的形状和位置的优良性能。

利用混合语言编程实现计算流体动力学计算结果可视化

探讨了混合语言编程技术在实现计算流体动力学模拟结果可视化应用中的一些主要技术问题,在此基础上,具体实现了对二维温差泊肃叶流数值模拟的交互式控制和实时流场显示,对克服流体流动数值模拟过程中的非直观性和不能进行交互处理具有一定的应用和参考价值.

采用RNG紊流模型计算静止环境中圆形负浮力射流

基于RNG方法的k ε湍流模型,运用混合有限分析算法对静止环境中圆形负浮力射流进行数值模拟。从射流的最大入侵高度、流速矢量图、温度等值线、湍动能等值线、横断面上的流速和温度分布以及轴线上温度变化等方面与有效的试验资料进行了较为全面的对比验证。两者的良好吻合表明,基于RNG方法的紊流模型和混合有限分析法的结合能较好地模拟变密度流动。

异重流潜入运动的剖面二维数值模拟

本文采用变密度流基本方程和混合有限分析法 ,求解了突扩边界下的异重流潜入运动。通过对数值计算结果分析 ,讨论了进口密度弗汝德数Fre 对潜入运动的影响 。

浅水回流的混合有限分析解

混合有限分析法是一种在局部矩形单元上进行离散的数值格式,为了适应非规则边界,建立了Sigma坐标系的浅水回流数学模型· 采用1)风引起的回流,2)密度驱动的回流,3)假潮。

泰勒涡的数值模拟

从柱坐标系下N S方程出发,采用SIMPLE算法,结合混合有限分析法,数值模拟了旋转Couette流失稳后的泰勒涡的流动。计算结果与试验一致,表明了混合有限分析法的有效性和对此流动的适应性。