岩溶地区洪水预报模型研究

分别采用新安江模型、垂向混合产流模型对岩溶地区盘龙河流域进行洪水模拟计算,对该地区日流量与次洪流量过程进行了模拟。模拟分析结果表明,在岩溶地区,新安江模型和垂向混合产流模型都有应用的空间,但流域内水文资料的代表性及完整性对模型模拟精度有重要影响。     

基于新安江模型的英那河水库洪水预报方案研究

英那河水库承担着重要的供水与防洪任务,目前缺乏可以利用的洪水预报方案。本文结合流域气候及下垫面特点,利用新安江三水源模型研究该区域的洪水预报方案,利用遗传算法率定模型参数。结果表明:新安江模型整体预报结果较理想,尤其对于前期土壤湿润的场次。不分类预报的产流预报结果达到甲级水平;以土壤含水量为界进行的分类汇流预报结果整体达到乙级预报水平,精度与确定性系数均有显著的提高,对该水库的防洪调度具有重要意义。     

TOK ASIDE模型与新安江模型在葛沟流域应用对比

为更好刻画中小河流洪水过程,解决中小河流洪水预报难题,从集总式向分布式水文模型发展成为了目前洪水预报的趋势.为进一步探究基于物理基础的分布式模型在中小流域洪水模拟的适用性,本文以沂河葛沟流域为研究对象运用TOKASIDE模型进行模拟,并在结构、参数和模拟结果等方面与新安江模型进行了对比分析.研究表明:在葛沟流域中TOK...     

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。     

浅水中低速斜航船舶水动力预报及验证与确认分析

浅水中的斜航船舶受到浅水阻塞效应和不对称流的综合影响。为预报该运动中的船舶水动力,文章采用基于定常雷诺平均纳维—斯托克斯方程的计算流体动力学方法,对浅水中做斜航运动的船舶粘性绕流场进行数值模拟。考虑低航速运动的特点,忽略航速影响下的自由面兴波,由数值计算得到水动力系数在漂角影响下的变化规律。针对计算精度问题,在数值模拟中从验证和确认角度分析和评估计算结果：通过网格收敛性分析分析数值误差与不确定度;结合试验数据考察计算模型的误差。此外,从计算区域尺度、湍流模型、边界条件、船体下沉和纵倾作用方面对模型误差的影响因素进行探讨,可为改进计算模型、提高数值模拟精度提供参考依据。     

渡船螺旋桨水动力性能的数值预报

采用计算流体力学（CFD）方法对某渡船螺旋桨的水动力性能进行数值预报.先用DTMB P5168桨验证数值模型和方法的准确性与可信性,数值计算其推力系数、力矩系数和敞水效率.整个计算域网格划分均采用全六面体形式,分别采用三种湍流模型进行计算.计算结果与实验的比较表明,SST模型和雷诺应力模型有近乎相同的计算精度,但SST模型的计算速度更快;推力系数误差最大5.8%,力矩系数误差最大为1.7%,敞水效率误差最大为4.3%.然后,将此方法运用到渡船螺旋桨,通过对渡船螺旋桨的网格灵敏度、尺度作用以及相关的流场分析,证明该方法能实现对螺旋桨敞水粘性流场的模拟,以及其敞水性能的预报.     

基于CFD与三因次法结合的低速多用途船的阻力预报

为了实现对低速多用途船舶的阻力性能进行准确预报,提出将基于CFD的数值模拟与三因次法相结合的总阻力预报方法,采用Solidworks三维软件对某低速多用途船进行三维建模,依据Gambit软件对模型进行流域划分和网格划分,应用CFD理论选取合理的湍流模型和求解方法进行数值模拟计算,得到对应航速下船模的总阻力值系数,根据普鲁哈斯卡假设和三因次方法,利用最小二乘法拟合形状系数,进而计算出实船的总阻力,并且分析数值模拟的速度云图。最后与传统阻力估算方法-艾亚法进行比较,说明本文采用的阻力计算方法是可行性,给今后低速多用途肥大型船的阻力研究提供借鉴。     

基于CFD与三因次法结合的低速多用途船的阻力预报

为了实现对低速多用途船舶的阻力性能进行准确预报,提出将基于CFD的数值模拟与三因次法相结合的总阻力预报方法,采用Solidworks三维软件对某低速多用途船进行三维建模,依据Gambit软件对模型进行流域划分和网格划分,应用CFD理论选取合理的湍流模型和求解方法进行数值模拟计算,得到对应航速下船模的总阻力值系数,根据普鲁哈斯卡假设和三因次方法,利用最小二乘法拟合形状系数,进而计算出实船的总阻力,并且分析数值模拟的速度云图.最后与传统阻力估算方法-艾亚法进行比较,说明本文采用的阻力计算方法是可行性,给今后低速多用途肥大型船的阻力研究提供借鉴.     

小时间域裂纹扩展模型的可靠性分析

准确的裂纹扩展率模型是结构疲劳寿命预报的基础.考虑单个循环内裂纹长度变化的小时间域裂纹扩展率模型,能够在复杂载荷条件下计算任意微小时间域内的裂纹扩展增量.文章首先介绍了一种可用于水下耐压结构疲劳寿命分析的小时间域蠕变疲劳裂纹扩展模型,并对模型参数的敏感性进行了分析.然后选取其中几个参数作为随机变量,运用JC法、EMORM法和Monte-Carlo法计算该模型在不同裂纹长度的裂纹扩展速率的可靠度.     

单向和多向不规则波作用下港域波浪数值研究

采用MIKE-BW模型对TEMA港内波浪场进行数值模拟和验证,二者吻合良好。在此基础上对比分析单向和多向不规则波作用下港内波浪条件,以及随入射波向和谱峰周期的变化规律。结果表明:在以绕射为主的模型中,多向波扰动系数大于单向波,此时采用多向波更加安全合理,并且在模型计算中,不可忽视地形变化对港域波高分布的影响;在模型边界反射较强的模型中,单向波扰动系数可能大于多向波扰动系数,此时采用单向波会更加安全。     

基于ANFIS网络模型的城市泵站优化控制

水是生命的源泉,是经济社会发展不可获缺的资源。城市河网地区水流缓慢、水体自净能力差,水质问题突出。另一方面,城市化的发展使得城市不透水面积增大,城市对暴雨洪水的敏感性增强。泵站是城市防洪排涝与水资源优化调度的主要设施,所以实现城市泵站的优化控制十分重要。自适应模糊神经网络综合了模糊系统与神经网络的优点,具有模糊性、自学习与自适应性。为提高城区河道配水的科学化水平,本研究开发了以自适应模糊神经网络(adaptive neuro fuzzy inference system,ANFIS)为核心的城市泵站优化控制模型。研究区域位于杭州市上塘河流域,七堡闸站是流域的出境控制站。为验证模型的有效性,加入倒传递神经网络(back propagation neural network,即BP)模型进行对比,评价指标选取平均绝对误差、均方误差、相关系数。对七堡泵站的控制预测结果表明(1)人工神经网络可实现对泵站的智能控制,当丁桥水位T(t)与泵站开机P(t)、P(t-1)三个变量作为输入变量时,BP模型的表现要优于ANFIS模型。(2)在模型的输入变量中加入丁桥的预报水位T(t+1)、T(t+2)时,各模型表现排序如下:ANFIS(5)BP(5)BP(3)ANFIS(3)。(3)两条If-Then规则可高效地完成模型的推理计算,人工神经网络模型的可解释性得到增强。     

小展弦比翼大攻角水动力数值计算方法

为提高小展弦比翼大攻角水动力预报精度,以NACA0018小展弦比翼为研究对象,对比分析基于不同湍流模型的URANS与DES方法的计算结果,探讨Re及网格离散尤其是壁面y+对升力系数预报精度的影响规律,对翼尾端分离涡的捕捉进行探讨。计算结果与试验值的对比表明:计算方法和湍流模型的选取对翼水动力预报精度影响最大且与雷诺数相关;当Re106时,URANS方法的预报精度较高,其中以RNG k-ε湍流模型的预报结果与试验值吻合最好,而DES方法的精度较低;当Re107时,采用DES方法能够得到较为可靠的预报结果;壁面y+对翼水动力预报精度有重要影响,确保y+~1的同时适当加密网格可提高计算精度;翼失速后,RANS与URANS方法计算所得升阻系数差别较大,这2种方法均不能捕捉分离涡的时历特性,DES方法能够观察到与物理现象一致的漩涡结构。     

船舶数字碎冰场构建与冰阻力计算方法研究

为验证数值方法计算精度,预报极地碎冰区船舶所受冰阻力,本文依据冰池试验中生成的碎冰航道以粒子喷射的方式构建相应的数字碎冰场,采用球形粒子填充的方式创建碎冰的离散元模型并与CFD方法相结合计算船舶在碎冰域所受冰阻力.依据HSVA冰池对某冰区油船开展的基于模型冰厚分别为37.1 mm、39.8 mm、46.3 mm及49.4 mm四种条件下的冰池试验,数值模拟了在同等试验条件下船舶所受冰的阻力.对比冰池试验,数值模拟过程中碎冰的运动状态、船冰间相互作用模式与冰池试验现象完全吻合,船体所受冰阻力计算误差在合理范围内,最大误差为29.45％.     

一线模型在黄河口岸线预报中的应用

建立了一种能够模拟黄河口海洋与河流混合动力作用模式下黄河口岸线淤积、延伸、侵蚀规律的一线数学模型。采用了反映岸线侵蚀重要因素的波浪破碎模型,并引入黄河径流挟带泥沙沿岸输沙率分布计算,不但提高了波浪计算的精度,也真实反映了黄河口门附近岸线演变现象的物理机制。研究结果表明,黄河口径流挟带的大量泥沙受到水流动力轴线影响,泥沙沿岸线的淤积是黄河口门附近岸线演变的重要因素之一。验证试验表明,模型计算结果与实测值吻合很好,可以用于黄河口岸线演变的预报计算。     

喷水推进轴流泵汽蚀性能RANS模拟与不确定度分析

对模型尺度的喷水推进轴流泵汽蚀性能进行了准定常RANS模拟,并根据第28届国际拖曳水池会议推荐的规程进行了数值不确定度分析.采用Realizable k-ε2层模型,并采用细化的边界层网格直接解析黏性底层流动.控制方程采用2阶格式离散和SIMPLE算法求解;计算域采用分块六面体结构化单元离散,并采用3套具有相同细化比的网格进行流动计算与数值不确定度分析,结果表明:模拟结果的数值不确定度不超过2％,汽蚀余量预报具有较高的精度.     

PSO-无偏灰色马尔科夫模型在船舶交通流量预测中的应用

为提高船舶交通流量的预测精度,利用具有全局搜索能力的粒子群算法(Particle Swarm Optimization, PSO)对无偏灰色马尔科夫模型进行优化,构建船舶交通流量预测的PSO-无偏灰色马尔科夫模型。该模型可综合考虑预测中的残差序列、状态区间、状态转移概率,自适应选取最优白化系数,用以准确表征船舶交通流量的发展趋势。以东营港2012—2017年船舶交通流量季度统计数据为例,选取前21个季度数据对模型进行训练,后2个季度数据对预测结果进行分析,与传统的无偏灰色模型和无偏灰色马尔科夫模型相比,该模型能显著地提高船舶交通流量的预测精度,其拟合精度和预测精度分别为91.439%和95.959%,验证后该模型具有科学性与有效性。     

CFD动态网格技术在水下航行体非定常操纵运动预报中的应用研究

针对水下低速航行体非定常操纵运动中雷诺数及水动力系数随时间变化这一特点,文章采用基于动态网格技术的CFD数值方法对其进行运动模拟.通过对传统动态混合网格模型进行发展,提出了一种改进的动态混合网格模型,以此建立了非定常操纵运动数值预报方法.为验证所建立的数值预报方法对水下低速航行体操纵运动水动力的预报精度,并以带攻角均匀直航的滑行状态为研究对象,应用动网格技术对一典型水下低速航行体缩比模型主体及带附体的水动力进行了计算,结果与风洞模型试验结果吻合较好;文中进而将其应用于一水下滑翔机自航模非定常运动的预报,结果与试验符合较好,初步验证了动网格技术的应用能力和所建立的预报方法的有效性.文中的工作可以为水下航行体及其自航模非定常操纵运动的数值模拟提供基础.     

吊舱推进器定常水动力性能计算

采用FLUENT软件进行拖式吊舱推进器水动力性能的计算,将整体计算域划分为三个区域进行从而达到合理减少计算网格的目的.对于吊舱推进器的整体计算由于涉及到转子/定子物体的相互干扰问题,文中在模拟相互干扰平均效果的定常情况计算中,采用混合面模型进行.对计算方法及边界条件的设置进行了详细介绍.讨论了两种壁面函数对计算结果的影响.计算了不同进速系数下吊舱推进器的推力系数、扭矩系数.采用四套网格进行了吊舱推进器水动力性能计算的比较分析,给出了详细的计算网格参数.分析了计算网格数对吊舱推进器理论预报精度的影响.     

吊舱推进器定常水动力性能计算

采用FLUENT软件进行拖式吊舱推进器水动力性能的计算,将整体计算域划分为三个区域进行从而达到合理减少计算网格的目的。对于吊舱推进器的整体计算由于涉及到转子/定子物体的相互干扰问题,文中在模拟相互干扰平均效果的定常情况计算中,采用混合面模型进行。对计算方法及边界条件的设置进行了详细介绍。讨论了两种壁面函数对计算结果的影响。计算了不同进速系数下吊舱推进器的推力系数、扭矩系数。采用四套网格进行了吊舱推进器水动力性能计算的比较分析,给出了详细的计算网格参数。分析了计算网格数对吊舱推进器理论预报精度的影响。     

浮体带漂角拖航阻力预报

本文基于RANS法对闸门在不同漂角下的拖航过程进行数值模拟,同时结合EFD法,从网格和湍流模型两方面提高预报精度,针对不同漂角的拖航工况给出了最优的数值预报方案.根据数值预报结果,分析了漂角对流场的影响.结果表明:选择适当网格数量的划分方案能够大大节省计算资源.选择湍流模型时,漂角为45°时的预报精度最差;漂角小于45°时采用SST k-ω 湍流模型模拟吻合度更好;漂角大于45°时,SST k-ω 湍流模型和RNG k-ε湍流模型吻合度均比较理想.漂角越大,漩涡扰动范围也越大.