河道二维数值模拟糙率横向分布研究

糙率是河道对水流阻力大小的描述。文中系统地总结了推求糙率的各种常用方法,分析了糙率沿河道横断面分布的非统一性。采用横断面各个垂线能坡相同的假定原理,利用谢才—曼宁公式,推导出了断面糙率再分配函数。通过点绘多条河流不同河型的不同断面形态的实测水文资料,建立了可应用于平面二维水流数值模拟中阻力沿河宽分布的经验公式,将得到的断面糙率再分配函数应用到对应的河段的平面二维流场数值计算中,计算结果与实测结果吻合良好,解决了计算流速与天然实测流速断面分布不一致的问题,提高了水流二维数值模拟的精度。     

Prandtl混合长紊流模型模拟丁坝绕流

<正>1 前言 丁坝绕流的模拟是检验紊流模型成功与否的最好算例.本文利用物理概念明确的Prandtl混合长紊流模型,采用三角元法,成功地模拟了紊动特性较强的丁坝绕流,说明Prandtl混合长紊流模型可以用于包含回流水域的水流计算.2 基本方程及数值计算方法2.1 基本方程 平面二维非恒定水流运动包含二阶紊动项的基本方程:     

南黄海辐射沙脊群悬沙特征研究

为了探明南黄海海域悬沙场的特征,以指导港口建设,通过人工神经网络,将平面二维潮流数值模型、天气图和水文测验数据联系起来,构建了平面二维悬浮泥沙模型。首先运用人工神经网络求出实测含沙量与水动力之间的函数关系,再把潮流模型和风场计算值代入此关系式,最后求出该海域含沙量平面分布。模型的计算结果表明:波浪掀沙和水流输沙是整个海域宏观水动力特征;西洋潮流水道处于冲刷状态,有利于深槽的维持;含沙量等值线与等水深线形状大体一致。     

回流区水流运动二维数值模拟

建立了基于无结构网格有限体积法的平面二维水流数学模型.数值方法上,采用有限体积法离散方程,并采用基于黎曼解的Osher格式计算有限体积界面通量:采用三角形单元对计算区域进行剖分;提出了一种确定紊动黏滞系数的方法.用此模型对平面上突扩引起的回流区竖轴环流进行了模拟,流速断面分布的计算结果与实测结果接近,再现了因主、副流剪切层不稳定引起的涡脱落、涡向下游输移以及被竖轴环流吞并的过程,预报了回流区的水面共振现象.     

平面二维数值模型在导流明渠优化设计中的应用

基于平面二维水动力数学模型,采用交错网格和ADI法对某工程多种型式导流明渠进行了流场的数值模拟。模型利用实测数据对计算参数进行了粗步率定,对流速分布及明渠内水面比降进行了研究。结果表明:计算模拟结果与模型试验结果基本吻合,表明该模型能够为导流明渠优化设计方案比选提供定性判断的依据。     

一种河道紊流三维数值模拟离散格式的应用探讨

通过引用气体动力学中的Osher格式计算控制体交界面通量,建立了一种基于有限体积法的河道紊流三维数学模型。该格式是对准确的非线性黎曼问题的近似解法,具有很好的守恒性、逆风性、单调性和高分辨率捕捉间断的能力,解决了河床变化剧烈处水流计算易发散的难题,在紊流模型的选取上,考虑到紊动能量和紊动尺度在水平方向和垂直方向上的差异,平面上采用大涡模型,垂向上采用k-ε模型。通过桥墩和丁坝局部水流实测资料校核模型模拟局部复杂水流结构的能力,模型计算得到的马蹄涡、回流结构及流速分布与实测基本一致。     

后台阶下游水流泥沙运动模拟研究

利用计算流体力学软件OpenFOAM和离散元软件LIGGGHTS建立的水流-泥沙运动耦合模型对后台阶下游三维水流流动及泥沙的起动和输运进行了数值模拟。结果表明,动态一方程紊流模型能较好模拟台阶下游时均流场、紊动强度以及雷诺应力的分布,通过耦合模型计算得到的台阶下游泥沙起动概率以及床面输沙率分布与实验结果符合较好。计算结果揭示在台阶下游复杂水流条件下,紊流结构及涡旋运动对泥沙起动有重要作用,而时均流动对床面输沙起关键作用。     

基于无积分节点间断有限元的二维水沙模型:(1)水动力

通过采用节点间断有限元方法对二维浅水方程进行离散,考虑了科氏力、风应力、底摩阻等作用,最终建立了一套高精度二维水动力模型。模型可采用任意四边形网格计算,并应用节点基函数和无积分数值离散方法,有效地减少了计算量。建立的模型通过理想算例对各源项求解、干湿与和谐性进行了验证。最后将模型应用于三亚市红塘湾实际潮流的模拟中,得到结果与全潮水文观测数据吻合良好。     

大涡模拟在河道平面二维水流模拟中的初步应用

通过丁坝对水流进行控制是航道整治中常用的工程措施,丁坝附近水流呈强紊动特性,大涡模拟相对于基于雷诺方程的时均模型对涡旋有较强的捕捉能力。在直角坐标系的基础上,将大涡模拟中的亚格子应力模型(SGS模型)引入河道水流平面二维数学模型中,通过盒式滤波函数将控制方程进行滤波,大尺度量通过控制方程直接求解,小尺度量借助Smagorinsky提出的亚格子尺度应力模型进行求解。采用空间等步长的正方形网格和交替方向隐式差分法对其控制方程进行离散求解。将模型初步应用于非淹没丁坝绕流的数值模拟中,计算结果表明,该模型对湍流旋涡的捕捉和水深计算较为合理,计算精度可满足工程实践要求。     

弯道水流二维数值模拟及岸线整治的水动力分析方法研究

文章采用边界拟合坐标变换技术,克服了河道岸线蜿蜒曲折引起的计算困难,分析对比不同形式控制函数对所生成计算网格质量的影响,提出了一种简单易行的计算变换后网格地形的插值方法。建立了边界拟合坐标系下平面二维水流数学模型,对河北省境内的黎河西梁子河段水流情况进行模拟,计算结果与实测水位、流速资料吻合较好。根据二维恒定流动量方程,提出弯道岸线冲击力、剪切力的计算方法,以此为理论基础,计算了黎河西梁子河段岸线应力沿程分布。     

湘江土谷塘航电枢纽车江坝址通航水流条件分析

采用delft 3d技术,建立了湘江土谷塘车江坝址河段二维正交曲线水流数学模型.计算中,首先采用天然实测资料对模型进行率定,通过有关参数调整,使数值计算成果与天然实测资料达到精度要求.利用率定好的模型,模拟了湘江土谷塘航电枢纽车江坝址河段9种典型泄流方式的水流情况,分析了各泄流方式的河道流速分布特征,给出了引航道口门区...     

深厚软土地基上插入式钢圆筒的结构稳定性

结合港珠澳大桥岛隧工程东人工岛工程实例,基于 PLAXIS 3D 有限元软件计算平台,利用可同时考虑剪切硬化和压缩硬化的土体弹塑性本构模型 Hardening-soil model,对深插式大直径钢圆筒岛壁结构三维数值计算展开研究,分析施工全过程中各控制工况下钢圆筒的变位情况,并与二维理论计算和现场实测位移相验证,探讨深厚软黏土地基上大圆筒结构的变形与稳定特性。结果表明,三维数值模拟钢圆筒位移和实测位移相近,两者均大于二维平面等效计算位移值;当钢圆筒有足够的直径和埋深时,即使其插入深厚软黏土地基,水平和竖向变位均较大,但是其结构稳定性也较好。分析成果对类似工程以及大直径钢圆筒结构在软土地基上的推广应用具有一定的参考意义。     

长江上游卵石输移运动规律研究及数值模拟*

基于长江上游东溪口卵石滩段的物理模型,开展了典型系列年卵石输移特征的试验。根据不同水动力条件下卵石输移的实测数据,从动力机理出发确定砾石输移速度。以此为基础,改进了二维数值模型,并将其应用于东溪口河段卵石输移过程模拟。将计算的卵石输沙分布及泥沙冲淤过程与实测值进行对比,卵石走沙轨迹与河道内走沙基本吻合,模拟泥沙冲淤变化与该河段实测分布一致。说明改进后的平面二维卵石推移质运动模型能较为真实地反映河道内卵石输移特性,可为解决长江上游卵石河段泥沙问题与航道整治工程提供理论与数据支撑。     

沿河公路丁坝群水毁防护平面二维水流数值模拟研究

从平面二维水动力学方程组出发,根据有限元Galerkin加权余量法离散模型方程组,并利用Newton-Raphson迭代法求解,建立丁坝绕流平面二维水流数学模型。利用水槽试验数据对模型进行了验证,模型计算结果与实测值吻合良好。将模型应用到河龙高速清溪河段水毁防护工程,对丁坝群护岸进行了模拟分析,结果表明,该模型在丁坝群护岸工程的水流模拟中具有推广价值。     

深埋式大直径钢圆筒结构与土的共同作用

土压力是钢圆筒结构的主要外荷载之一,是分析钢圆筒与土共同作用机理的最重要一环。结合港珠澳大桥岛隧工程西人工岛项目实例,以有限元软件PLAXIS 3D作为分析平台,建立深埋式大直径钢圆筒岛壁结构整体空间弹塑性有限元模型。分析钢圆筒结构的筒前被动土压力分布曲线与筒底竖向土压力分布曲线,并与同工况下二维平面等效理论计算方法得到的土压力曲线以及经典朗肯、库仑土压力进行对比。结果表明,三维数值模拟钢圆筒结构筒前被动土压力最小,随深度增长的趋势与经典土压力相吻合;三维数值模拟筒底竖向土压力与二维平面等效计算结果在分布趋势和数值方面都基本吻合。     

轴对称壳体结构声散射高效计算方法

本文基于轴对称结构在非轴对称激励情况下的变分理论,在有限元仿真软件中构建了旋转柱壳结构的二维声散射特性分析模型,将三维空间问题转变为二维平面问题,提高了计算效率。首先计算带帽圆柱壳的声散射并与文献中三维模型计算结果进行对比,结果拟合较好,说明本文二维轴对称有限元法的准确性与适用性;随后基于本方法研究水下周期加筋圆柱壳声散射特性(包括单壳体与双壳体两种形式),并通过与三维模型进行计算效率的对比分析,阐明该方法的高效性。     

长兴岛某电厂温排水数值模拟研究

在沿海水域冷却水工程中需满足机组对冷却水水量和水质的要求,并且对水域水环境影响做出评价。文章依托大连长兴岛某电厂为背景资料,建立平面二维潮流数学模型,根据实测资料对模型进行验证。在水动力模型的基础上,选取四种典型工况,对潮汐潮流作用下的电厂排水口温排水热扩散特性进行数值模拟。根据计算结果探究温排水在水域内输运、扩散规律并预测温度场最大温升包络线分布及取水口温升,分析取排水口布置方案的合理性。     

二维有限元潮流数学模型及其应用

采用有限元Galerkin加权余量法对二维潮流控制方程进行求解,建立了二维有限元潮流数学模型,并将模型运用于计算区域较小、边界较为复杂的海安湾。对海安湾潮流数值模拟的结果如下:计算水位和流速的大小及过程均与实测情况极为吻合,流场的趋势也与以往研究较为一致。新模型能采用不同形式的非结构网格,对于边界和地形变化复杂的工程区域有较强的适应性。研究成果说明,对于计算区域较小且陆域边界变化复杂的工程问题,采用有限元方法离散潮流方程能提高计算精度。     

瓯江口波流耦合作用下二维流场数值模拟研究

基于MIKE21 SW海浪模式,建立非结构网格下的瓯江口二维、双向波流耦合数学模型,对该海区波流共同存在下的二维流场进行了数值模拟,计算结果与实测数据吻合良好,且优于未耦合的结果,比较分析表明：考虑潮流作用大大改善了波高和周期的计算结果,使之更接近观测结果;波浪对潮位的影响较小,对流速的影响较大,其中落潮憩息时刻,波浪对流速的影响最大.     

数值波浪水槽在半圆堤波浪力计算中的应用

以N-S方程为控制方程,以k-ε模型为紊动封闭模型,采用VOF方法重构自由表面,建立了垂向二维数值波浪水槽。模拟了规则波与半圆堤的作用过程,结果表明,单点数模波压力过程与物模实测结果符合良好。研究中发现,数模计算中若堤后计算区域设置过短,堤上越浪可以引起堤后水量累积和水位上升现象,从而造成堤身背浪面压强总体增大,由此算得的防波堤总水平波浪力最大值偏小16%~20%。提出了将堤后计算区域延长到4~5倍波长的办法,计算结果表明,堤身背浪面压强上升及堤身总水平力下降现象基本消失。