基于OpenFOAM的异重流数值模拟分析

由于异重流常常会对港池、船闸、渠道中的航行产生阻碍作用,因此对异重流的研究是十分必要的。文章基于开源CFD软件OpenFOAM对异重流进行了数值模拟分析。通过对膨胀波、内涌浪、Kelvin-Helmholtz不稳定、涡以及前缘高度的研究来了解异重流演化过程中的结构变化。对比四种不同粘性的异重流模拟可以发现,流体粘性对异重流演化过程中的耗散有着明显的影响。流体的粘性越小,异重流演化过程中两种流体界面处的涡越复杂。通过对比异重流演化期间的前缘位置、速度、雷诺数以及弗劳德数可以发现,Minmod方法和SuperBee方法得到结果分别与Berntsen提出的BOM模型和MITgcm模型得到的结果吻合。当流体粘性较小时,采用Minmod方法模拟的异重流耗散现象比SuperBee方法得到的结果更为明显。     

基于非结构网格的Godunov格式的二维浅水有限体积数值计算模式

利用非结构化的有限体积方法,建立了二维浅水方程高精度、高分辨率模型。以HLL类型的近似Riemann解计算界面通量,通过多维限制线性重构和三阶TVDRunge-Kutta法获得了空间和时间都具有高阶精度的格式。控制体三点坐标的斜底模型方法处理底坡源项和全隐式方法处理摩擦源项保证了格式的稳定性。通过连接丹麦和瑞典的跨海实际工程进行了潮流模拟,验证了模型的适用性和有效性。     

回流区水流运动三维数值模拟

建立了三维有限元水流模型,模型中采用了高分辨率计算格式。依此模型计算了突扩引起的回流,获得的掺混区流速分布和回流区固定点水位、流速非恒定过程与实测结果基本一致。     

基于改进BP神经网络的降雨径流预报新方法

讨论了神经网络在降雨径流模拟中的运用现状,并利用改进的BP网络模型,实现了对复杂流域降雨径流的预报。在构建网络模型时,对模型进行了改进:基于各雨量站对径流模拟的影响不同的特点,采用两轴法计算流域平均日雨量;并把汛期和枯水期分开来建模,使降雨径流模型的预报更为准确。使用这种新方法建立了松花江干流流域的降雨径流预报模型,并与其他方法进行对比,实验表明,采用新方法预报精度较高,能较好地反映计算流域的降雨径流规律。     

三维场景中截面流场绘制技术研究

回顾以往三维流场显示中的平面式截面流场绘制方法,分析其表现方式的不足,提出置于三维场景中的截面流场显示方式。通过对水平及垂直截面的生成算法和截面流场投影算法的研究,找出适应于复杂边界和地形条件下的高效截面生成算法;基于WPF三维图形平台,以灵活的示踪粒子布设方式,采用C#编程语言编制软件予以实现;将标量场数据作为截面显示材质,实现了截面附加标量场;截面流场模拟可以动态跟踪水位变化,在场景中同时对多个水平或垂直截面流场进行模拟,丰富了对流场三维特性的表现。     

高分辨率计算格式及运用

有限元方法随着微机内存的增大和运算能力的提高 ,在水流及其物质输运模拟计算中日益受到重视。非结构化网格自动生成技术的完善和有限元程序的通用性 ,使得有限元方法将成为水流及其物质输运模拟计算的主流。提出了基于非结构化网格下的高分辨率格式 ,该格式具有耗散小和精度高的优点。依此格式计算了方柱绕流尾流流场 ,获得了侧涡交替脱落及演变过程。     

漳卫新河河口数学模型及治理方案研究

建立了河口一、二维耦合水沙有限元模型,计算格式具有耗散小和精度高的优点。利用该模型计算了漳卫新河河口及河道水沙动力场,各站潮位、流速和含沙量过程计算与实测基本一致。经清淤、建闸和建导堤方案河道淤积量比较,推荐漳卫新河河口治理方案为导堤方案。     

含沙量沿垂线分布的研究

文中以紊动扩散理论[1]为基础,针对不同的流速分布规律,提出均匀及非均匀悬移质泥沙沿垂线的分布规律,并对罗斯公式[2]和基于张洪武流速公式[3]的含沙量沿垂线分布的公式做一对比,与实测资料对比发现,后者与实测更加接近,并且克服了含沙量在水面处为0的弊端。