河道三维流场数值模拟计算

河道水流泥沙运动是随着沿程，水深和河宽三个空间方向变化的，属于三维问题。基于河道地形较为复杂，江心洲岛、叉道纵横、分流变化多端，文章推荐采用较精细的K-ε数值模型结合VOF(Volume of Fluid)方法来模拟。     

顺直河道采沙坑水流的三维数值模拟

建立各向异性三维代数应力紊流数学模型(ASM)克服了各向同性紊流模型的缺点，模拟出顺直河道中次生流现象；与实验成果的比较分析证明了该三维紊流模型有良好的准确性。运用该数学模型对采沙坑周围水流进行分析，结果表明河床上出现采沙坑后不但沿主流会造成纵向涡旋的坑上游缘口冲刷，横断面坑内次生流亦对河床有横向侵蚀，原有流态的变化迫使河床变形调整以趋向新的平衡。运用该数学模型能阐明次生流以及纵向涡旋对河床变形的作用，可模拟分析河道采沙对河床形态调整的影响，对河道采沙的科学决策和管理有积极意义。     

大凌河锦州段河道淤积演变趋势数值模拟分析

河道治理和水利工程兴建会对河流的来水、来沙造成影响,从而影响到下游河道的冲淤演变趋势。文章以大凌河锦州段为例,利用数值模拟的方法研究了河道冲淤演变趋势。结论显示,未来大凌河锦州段河道将主要表现为河道冲刷的变化趋势。     

种植凤眼莲河道的水流三维数值模拟

采用VOF法对种植凤眼莲的河道的自由水面进行跟踪,将凤眼莲聚集带简化为多孔介质区域,在考虑惯性损失的情况下按不分区和分区2种方案分别对河道水流进行三维数值模拟。数值模拟结果与试验结果的对比表明:分区方案在模拟水位壅高、流速分布、紊动特性等方面均比不分区方案更符合实际情况;用分区多孔介质模型模拟凤眼莲河道水流是可行的。     

用于船体粘性绕流计算的常规船型的三维贴体网格的自动生成

本文开发了一种任意船型的三维贴体网格的自动生成程序，该模块的特点是具有较小的网格生成的ＣＰＵ时间，尤其能极方便地控制船而附近的网格间距，选择了用于粘流计算的三条经典船型如Ｓｅｒｉｅｓ６０，ＳＳＰＡ７２０货船及ＨＳＶＡ油船作为计算算例，其网格生成的质量是相当满意的。     

天然河道丁坝群局部冲刷三维数值模拟

为研究天然河道中丁坝长度对河床的冲刷影响,基于天然河道形状和实际丁坝群布置,提出适用于天然河道形状的丁坝群局部冲刷计算流体力学(CFD)三维数值模拟方法,建立了滦河马良子段丁坝群三维模型。采用RNG k-ε模型模拟计算,用VOF方法进行自由表面的追踪,并对丁坝局部冲刷坑形态及冲刷深度进行了数值模拟。对比实测数据,数值模拟结果与实测结果非常吻合。针对丁坝群中局部冲刷最严重的丁坝,对其长度进行调整,调整后冲坑深度明显改善。     

黄河下游河道治理三维数值模拟研究

本文采用三维水沙数学模型,根据不同重现期洪水的设计水沙条件,对黄河下游花园口至艾山河段的去生产堤方案和两道防线方案进行了模拟计算。重点关注了两种治理方案下不同场次洪水的演进过程、河道冲淤、输沙特性和典型滩区的分洪退水过程,模拟结果表明:与去生产堤方案相比,两道防线方案中的洪水演进过程因防护堤的运用方式而在不同场次洪水中差异明显;同时两道防线方案可有效地保护滩区,减缓滩区大规模的淹没,发挥防灾减灾的功效;此外,从输沙能力变化和冲淤分布比较来看,两道防线方案较去生产堤方案可提高河道的输沙能力,减少河道的淤积。     

河道有限元网格自动剖分方法研究

由于河道边界条件的复杂性及计算精度的要求,如何对计算域进行快速有效的剖分显得尤为重要。基于推进波前法,提出了一种适合于河道平面二维区域的网格自动剖分新方法,并建立了河道网格自动剖分系统。该方法简单、可靠、适用性强,能实现网格的自动生成、地形的自动剖分及图形的自动绘制等功能,有效解决了河道有限元计算前处理工作量大的困难。     

溃坝水流在复杂河道中传播的三维数值模拟

为研究河道弯曲和障碍物对溃坝波传播的影响,采用有限体积法对描述水流运动紊流模型和描述自由水面运动的VOF方程进行离散,建立了溃坝水流运动的三维数学模型,并对急弯河道进行了数值模拟计算。急弯河道溃坝波传播过程的模拟结果与前人实体模型试验结果基本一致。利用该模型研究了丁坝附近溃坝波传播的特性和溃坝水流的内部结构,数值模拟结果表明,溃坝波的传播受河道弯曲或障碍物的影响,产生反射和绕射,使得局部溃坝水流呈明显的三维特性。上游丁坝迎水面受到溃坝波波前的直接冲击,其动水压力远大于作用于下游丁坝的动水压力。另外,障碍物对溃坝水流的影响主要局限在障碍物上游和下游一定范围内,在此范围外,水流呈二维或一维特性。     

运用正交数值网格计算平面二维河道推移质冲淤

本文对平面二维非均匀推移质冲淤计算进行了研究。针对推移质输沙带具有靠近弯道凸岸、一般不进入回流区的特点,采用文献[1]的数值网格生成方法和流场计算方法,生成在凸岸密集、在立轴回流区稀疏的正交数值网格和计算流场,既可节省计算时间和内存,又能提高推移质冲淤计算精度。运用文献[2]的“可动层”概念,提出床面“可动层”泥沙级配计算方法,考虑了床沙级配随冲积层深度的变化。文中以长江重庆九龙坡弯道河段正态模型为例,计算了非均匀推移质冲淤河床变形,其结果与实测资料基本一致。     

二维同位与交错网格水流数值模拟比较

在边界拟合正交曲线坐标系下,建立了求解变量分别位于同位与交错网格条件下的二维水流数值模拟计算模式。利用实验资料对其进行了验证,同时对两种模式的计算结果进行了比较分析。在运用界面动量插值的条件下,采用同位网格模式对二维流场进行数值模拟可获得较满意的结果。     

混凝土破裂过程三维数值模拟及CT验证

将混凝土简化成由骨料、水泥砂浆及其二者之间的界面层所组成的三相复合材料,建立了混凝土骨料随机分布三维模型,用界面单元多次细分技术进行有限元网格划分,基于弹性损伤本构关系采用双折线损伤演化模型描述混凝土细观各相弹性损伤退化,用弹性模量的折减程度来反映混凝土试件在加载过程中的损伤程度。对混凝土圆柱体试件进行了数值模拟计算,并从混凝土破坏过程图和荷载-位移曲线图两方面比较了数值模拟的破坏过程与CT试验结果,发现试件破坏时裂纹的萌生、扩展过程与CT观测到的过程具有相似性,说明用本文建立的三维数值模型模拟混凝土材料的损伤破坏过程是基本可行的。     

龙抬头式放空洞有压段体型优化 三维数值模拟研究

本文建立了放空洞水流三维k-e紊流数学模型,通过对多个库水位工况下水流数值模拟 结果的泄流量与水工模型试验结果进行了比较,验证了数学模型的可靠性。通过数值模拟方法对 放空洞检修闸收缩段和龙抬头竖弯段进行了优化。研究结果表明:加长收缩段长度和提高收缩段 进口高度可使壁面压力分布显著改善,并且在导流闸出口两侧采用内圆弧也可使收缩段进口两侧 局部压力分布改善。     

通用三维分块贴体网格的耦合生成方法

本文提出了一种通用三维分块贴体网格的耦合生成方法。通过实验验证可针对任一复杂的三维区域进行分块贴体网格数值生成，保证区域经分块后，仍能在分界面上具有良好的网格连续性，为复杂三维区域的流场计算打下了扎实的基础。     

非正交网格有限体积法在三维潮流场计算中的应用

有限体积法是求解流体问题的一个非常有效的数值方法，本文研究非正交网络有限体积法在三维潮流场数值模拟中的应用。由三维浅水方程出发，利用有限体积法的积分模式并引入Ｇｒｅｅｎ－Ｇａｕｓｓ公式，将控制体单元的体积分转化为面积分，采用一种任意六面体单元，垂直涡动粘性系数定义为水深的函数，使之能适应复杂海哉和地形，又可获得不同水深的计算数据。     

利用非结构化网格三维模型探讨桥墩周围流动现象

本文简要介绍了一种基于非结构化网格的三维水动力模型,模型采用有限体积法的思想,考虑水流垂直方向流速,建立三维水动力控制方程。引用通量差分分裂(FluxDifferenceSplitting)算法对控制方程进行了数值求解。最后基于该模型建立了日本川上河上的包含两个桥墩河段的三维水动力模型。通过模拟计算,对两个桥墩周围的流动状态进行了分析。结果表明,该模型能够体现复杂情况下桥墩周围的流动现象。     

明渠岸边横向取水口的三维数值计算

本文是在明渠岸边横向取水口的试验研究基础上的配套数值模拟。采用雷诺平均的N—S方程,以各向异性的雷诺应力模型(RSM)封闭方程组,用SIMPLEC算法对压力—速度场求解。计算结果与试验实测结果吻合较好,反映了此项模拟的可信性,可籍以扩大、分析一些运动规律。数值计算结果启示了横向取水口水流的复杂三维流动特性,据之对取水口附近水流各区的划分、水流的分离和反向流动、螺旋流以及床面剪应力的分布等复杂水力和泥沙输移物理现象有了进一步认识。     

基于非结构化网格上的三维微幅自由表面流动非静压数值模型

建立了基于非结构化网格求解三维微幅自由表面流动非静压数值模型。一种有限差分法和有限体积法相结合的方法被用来在非结构化网格上离散控制方程。模型中采用分步法,以使压力项分解为静水压力项和动水压力项来单独处理。在每一时间步,得到关于水位和由压力泊松方程得到的动水压力的稀疏的线性方程组。模型是质量守恒的和对于重力波速、风应力、底摩阻、垂向黏性无条件稳定的。通过三个非恒定微幅自由表面流动算例的数值解和解析解的比较,验证了本文所建立的模型能够准确有效的预测三维微幅自由表面流动。     

黑龙江干流松花江汇口江段三维数值模拟研究

为了详细了解黑龙江干流松花江汇口河段的水流流场情况,采用三维数学模型方法对松花江汇口段进行模拟研究.并引进水气两相流的VOF模型,与k-ε模型结合的方法进行计算模拟.数值求解采用SIMPLE 算法的改进形式SIMPLEC算法.网格划分则采用了非结构化混合网格以增强对复杂边界的自适应性.     

天然河段港口工程三维流场数值模拟

根据天然河段的地形条件,结合某港口建筑物布置,构建了工程河段流场数值计算模型.基于标准k-ε紊流模型,用有限体积法离散控制方程组,利用全隐式多重网格耦合求解技术,预测了港口工程河段水流流场的变化.