水利水電工程水流精細(xì)模擬理論與應(yīng)用

序

前言

緒論

第一節(jié) 研究問題的必要性

第二節(jié) 與當(dāng)前國內(nèi)外同類研究、同類技術(shù)的綜合比較

第三節(jié) 研究成果的主要內(nèi)容

第四節(jié) 研究成果的特色

第五節(jié) 研究成果的創(chuàng)新點(diǎn)

參考文獻(xiàn)

第一篇 水工水力學(xué)精細(xì)模擬方法研究

第一章 引言

第一節(jié) 現(xiàn)代水力學(xué)

第二節(jié) 水力學(xué)數(shù)學(xué)模型的發(fā)展概況

第三節(jié) 研究方法及主要成果

參考文獻(xiàn)

第二章 紊流模型理論

第一節(jié) 紊流模型理論概述

第二節(jié) 雷諾時(shí)均方程法

第三節(jié) 紊流直接數(shù)值模擬

第四節(jié) 紊流的大渦模擬

第五節(jié) 紊流分形理論研究

第六節(jié) 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第三章 水工水力學(xué)紊流數(shù)值模擬關(guān)鍵性技術(shù)研究

第一節(jié) 數(shù)值離散方法

第二節(jié) 自由表面的追蹤

第三節(jié) 不規(guī)則邊界的處理

第四節(jié) 科學(xué)計(jì)算可視化與動畫制作

參考文獻(xiàn)

第四章 直角坐標(biāo)系二、三維帶自由表面強(qiáng)紊動水流數(shù)值模擬

第一節(jié) 二維水流運(yùn)動的控制方程

第二節(jié) 二維數(shù)值離散格式

第三節(jié) 二維數(shù)值穩(wěn)定條件

第四節(jié) 二維計(jì)算程式及框圖

第五節(jié) 三維水流運(yùn)動控制方程

第六節(jié) 三維數(shù)值離散格式

第七節(jié) 自由表面的處理及數(shù)值穩(wěn)定性條件

第八節(jié) 算例

參考文獻(xiàn)

第五章 曲線坐標(biāo)系垂向二維帶自由表面強(qiáng)紊動水流數(shù)值模擬

第一節(jié) 正交曲線網(wǎng)格生成

第二節(jié) 正交曲線坐標(biāo)系下水流控制方程

第三節(jié) 數(shù)值離散格式

第四節(jié) 自由表面的處理

第五節(jié) 計(jì)算步驟

第六節(jié) 算例

參考文獻(xiàn)

第六章 曲線坐標(biāo)系三維帶自由表面紊流的數(shù)值模擬

第一節(jié) 引言

第二節(jié) 控制方程

第三節(jié) 通用微分方程的離散

第四節(jié) 離散方程的求解

第五節(jié) 計(jì)算中若干問題的處理

第六節(jié) 算例

參考文獻(xiàn)

第七章 用通度系數(shù)法處理非規(guī)則邊界及其在紊流模型中應(yīng)用

第一節(jié) 引言

第二節(jié) 考慮通度系數(shù)后水流的控制方程

第三節(jié) 考慮通度系數(shù)后控制方程離散格式

第四節(jié) 算例

參考文獻(xiàn)

第八章 結(jié)論

第二篇 泄洪及消能工的精細(xì)模擬

第九章 引言

第一節(jié) 泄洪與消能技術(shù)發(fā)展概述

第二節(jié) 數(shù)值模擬在高速水流中的應(yīng)用

參考文獻(xiàn)

第十章 豎井旋流式泄洪洞數(shù)值模擬

第一節(jié) 概述

第二節(jié) 數(shù)值模擬

第三節(jié) 不同泄量下豎井邊壁壓強(qiáng)與空化數(shù)變化規(guī)律的研究

第四節(jié) 小結(jié)

第五節(jié) 討論

參考文獻(xiàn)

第十一章 龍?zhí)ь^式泄洪洞數(shù)值模擬

第一節(jié) 概述

第二節(jié) 工程簡介

第三節(jié) 模型設(shè)計(jì)

第四節(jié) 結(jié)果分析

第五節(jié) 竣工體型數(shù)值模擬

第六節(jié) 討論

參考文獻(xiàn)

第十二章 軸對稱洞塞消能的數(shù)值模擬

第一節(jié) 洞塞消能工的簡介

第二節(jié) 應(yīng)用程序FAsT一2D的簡介

第三節(jié) 單級軸對稱洞塞的數(shù)值計(jì)算結(jié)果

參考文獻(xiàn)

第十三章 多級洞塞消能工的布置優(yōu)化

第一節(jié) 不同面積比下二級洞塞消能的數(shù)值計(jì)算結(jié)果

第二節(jié) 布置優(yōu)化

參考文獻(xiàn)

第十四章 三維非軸對稱洞塞的消能計(jì)算

第一節(jié) 程序介紹

第二節(jié) 三維單級洞塞消能的計(jì)算與分析

第三節(jié) 多級非軸對稱洞塞消能的計(jì)算與分析

參考文獻(xiàn)

第十五章 結(jié)論與展望

第一節(jié) 總結(jié)

第二節(jié) 進(jìn)一步的工作

第三篇 水墊塘及河道中水流的精細(xì)模擬

第十六章 引言

參考文獻(xiàn)

第十七章 挑流沖坑數(shù)值模擬研究

第一節(jié) 研究的現(xiàn)狀

第二節(jié) 三維紊流控制方程

第三節(jié) 控制方程的離散及數(shù)值方法

第四節(jié) 計(jì)算域的確定及網(wǎng)格剖分

第五節(jié) 邊界條件及初始條件

第六節(jié) 數(shù)值模擬結(jié)果的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

第七節(jié) 結(jié)果分析

第八節(jié) 結(jié)語

參考文獻(xiàn)

第十八章 水墊塘紊流精細(xì)模擬

第一節(jié) 水墊塘復(fù)雜流場紊流數(shù)學(xué)模型開發(fā)研究

第二節(jié) 反拱型水墊塘三維紊流數(shù)值模擬與分析

第三節(jié) 水墊塘水氣兩相流的數(shù)值模擬

第四節(jié) 向家壩水電站消力池三維流場數(shù)值模擬

第五節(jié) 小灣水電站水墊塘二維流場數(shù)值模擬

參考文獻(xiàn)

第十九章 復(fù)雜河道水流精細(xì)模擬

第一節(jié) 復(fù)式順直河道漫灘水流計(jì)算方法

第二節(jié) 復(fù)式游蕩型河道漫灘水流上層流動的基本方程

第三節(jié) 金馬河復(fù)式河道漫灘水流計(jì)算

參考文獻(xiàn)

第二十章 渠首樞紐河段水流流場計(jì)算

第一節(jié) 研究目的

第二節(jié) 計(jì)算域的確定

第三節(jié) 數(shù)值計(jì)算方法

第四節(jié) 計(jì)算結(jié)果分析

參考文獻(xiàn)

第二十一章 溢流堰過流的數(shù)值模擬

第一節(jié) 溢流堰過流的數(shù)值模擬

第二節(jié) 控制方程的離散及數(shù)值方法

第三節(jié) 算例

參考文獻(xiàn)

第二十二章 淹沒丁壩的大渦模擬

第一節(jié) 三維水流運(yùn)動控制方程

第二節(jié) 大渦模擬(LES)

第三節(jié) 預(yù)測校正算法

第四節(jié) 算例

參考文獻(xiàn)

第二十三章 尾水河道清淤數(shù)值模擬研究

第一節(jié) 數(shù)值計(jì)算的目的

第二節(jié) 泥沙數(shù)學(xué)模型的基本方程

第三節(jié) 計(jì)算域的確定及邊界條件

第四節(jié) 計(jì)算情況

第五節(jié) 結(jié)果分析

第六節(jié) 結(jié)語

參考文獻(xiàn)

第二十四章 總結(jié)和展望

第四篇 高紊動氣液兩相流的數(shù)值模擬

第二十五章 引言

第一節(jié) 問題的提出

第二節(jié) 雙流體理論及研究途徑

第三節(jié) 數(shù)值模擬方法

參考文獻(xiàn)

第二十六章 氣液兩相流的基本控制方程

第一節(jié) 基本假定

第二節(jié) 雙流體理論模型及其基本控制方程

第三節(jié) 氣液兩相之間的相互作用力

參考文獻(xiàn)

第二十七章 氣液兩相紊流的紊動特點(diǎn)及其控制方程

第一節(jié) 紊流中顆?！黧w的互相作用極其度量準(zhǔn)則

第二節(jié) 氣液兩相紊流的控制方程

參考文獻(xiàn)

第二十八章 高紊動氣液兩相流的數(shù)值模擬

第一節(jié) 基本解法

第二節(jié) 不同流型的處理

第三節(jié) 初邊值條件、穩(wěn)定性條件和計(jì)算步驟

第四節(jié) 數(shù)值試驗(yàn)

第五節(jié) 摻氣減蝕的數(shù)值計(jì)算

參考文獻(xiàn)

第二十九章 單體型挑坎后的摻氣水流數(shù)值模擬

第一節(jié) 模型設(shè)計(jì)

第二節(jié) 二維計(jì)算

第三節(jié) 三維計(jì)算

第四節(jié) 討論

參考文獻(xiàn)

第三十章 結(jié)論

第五篇 污水排放工程中近區(qū)污染及水流的精細(xì)模擬

第三十一章 引言

參考文獻(xiàn)

第三十二章 污水排放的數(shù)值模擬分析方法和紊流模型

第一節(jié) 研究方法概述

第二節(jié) 紊流的計(jì)算模型

第三節(jié) 數(shù)值計(jì)算方法

參考文獻(xiàn)

第三十三章 射流和卷流的數(shù)值模擬

第一節(jié) 橫流中單孔射流

第二節(jié) 橫流中多孔射流

第三節(jié) 同流中的單孔表面射流

參考文獻(xiàn)

第三十四章 流動環(huán)境中正浮力排放的數(shù)值模擬

第一節(jié) 模型和定解條件

第二節(jié) 同流中單孔淹沒浮力射流的近區(qū)特性

參考文獻(xiàn)

第三十五章 負(fù)浮力排放的數(shù)值模擬

第一節(jié) 靜止環(huán)境中負(fù)浮力排放

第二節(jié) 流動環(huán)境中負(fù)浮力排放

參考文獻(xiàn)

第三十六章 結(jié)論

第六篇 水電站混流式水輪機(jī)水流的精細(xì)模擬

第三十七章 引言

第一節(jié) 概述

第二節(jié) 水輪機(jī)數(shù)值模擬分析方法和紊流模型

第三節(jié) 水輪機(jī)流動數(shù)值模擬的進(jìn)展

第四節(jié) 水輪機(jī)三維紊流模型和計(jì)算研究的發(fā)展

參考文獻(xiàn)

第三十八章 混流式水輪機(jī)的三維定常紊流計(jì)算和性能預(yù)估

第一節(jié) 緒論

第二節(jié) 水輪機(jī)內(nèi)部流動的計(jì)算及分析方法

第三節(jié) 混流式模型水輪機(jī)三維定常紊流計(jì)算結(jié)果及分析

第四節(jié) 混流式模型水輪機(jī)的數(shù)值計(jì)算與模型試驗(yàn)對比

第五節(jié) 混流式原型水輪機(jī)三維定常紊流計(jì)算

第六節(jié) 不同葉型水輪機(jī)的CFD計(jì)算結(jié)果比較

第七節(jié) 結(jié)論

參考文獻(xiàn)

第三十九章 大型混流式水輪機(jī)的非定常紊流數(shù)值模擬和壓力脈動預(yù)測

第一節(jié) 緒論

第二節(jié) 混流式水輪機(jī)內(nèi)的渦旋

第三節(jié) 非定常流動基本方程和數(shù)值計(jì)算方法

第四節(jié) 混流式模型水輪機(jī)三維非定常紊流計(jì)算

第五節(jié) 原型水輪機(jī)的非定常紊流計(jì)算結(jié)果及分析

第六節(jié) 減小尾水管脈動的措施研究

第七節(jié) 結(jié)論

參考文獻(xiàn)

第四十章 混流式水輪機(jī)空化流動計(jì)算

第一節(jié) 引論——水輪機(jī)中空化現(xiàn)象

第二節(jié) 三維混合流體完整空化紊流模型

第三節(jié) 數(shù)值求解方法

第四節(jié) 混流式水輪機(jī)三維空化紊流數(shù)值模擬

第五節(jié) 結(jié)論

參考文獻(xiàn)

第四十一章 大型混流式水輪機(jī)水力設(shè)計(jì)——流體力學(xué)反問題基礎(chǔ)

第一節(jié) 緒論

第二節(jié) 大型混流式水輪機(jī)的參數(shù)選擇

第三節(jié) 水輪機(jī)水力設(shè)計(jì)

第四節(jié) 轉(zhuǎn)輪葉片設(shè)計(jì)——X形葉片與傳統(tǒng)葉片

第五節(jié) 三峽右岸水輪機(jī)水力設(shè)計(jì)

第六節(jié) 結(jié)論

參考文獻(xiàn)

第四十二章 結(jié)論

第七篇 工程水力學(xué)的反問題研究

第四十三章 引言

第一節(jié) 反問題概述

第二節(jié) 反問題研究的發(fā)展簡史

第三節(jié) 工程水力學(xué)反問題的分類

參考文獻(xiàn)

第四十四章 工程水力學(xué)反問題的求解方法

第一節(jié) 解析法

第二節(jié) 脈沖譜法

第三節(jié) 離散一優(yōu)化法

第四節(jié) 攝動法

第五節(jié) 控制論解法

參考文獻(xiàn)

第四十五章 工程水力學(xué)反問題求解實(shí)例

第一節(jié) 用脈沖譜法確定承壓含水層非均質(zhì)導(dǎo)水系數(shù)

第二節(jié) 地下水污染問題分布參數(shù)系統(tǒng)控制論求解方法

第三節(jié) 脈沖譜一優(yōu)化法求解源項(xiàng)控制反問題

第四節(jié) 離散一優(yōu)化法求解Poisson方程參數(shù)控制反問題

參考文獻(xiàn)

第四十六章 結(jié)論

附錄 積分方程所描述的分布參數(shù)系統(tǒng)的最大值原理

《水利水電工程水流精細(xì)模擬理論與應(yīng)用》內(nèi)容簡介：水利水電工程中有大量的水力學(xué)問題，包括水工水力學(xué)、河道水力學(xué)、廢水排放工程水力學(xué)、水電站水力學(xué)，水力學(xué)正問題、水力學(xué)反問題等?！端姽こ趟骶?xì)模擬理論與應(yīng)用》以三峽、溪洛渡、向家壩、二灘和小灣等大型水電工程為依托，以解決實(shí)際工程中的水流的精細(xì)模擬問題，并著力提高工程水力學(xué)反問題理論與成果的工程實(shí)用性。研究成果包括：水工水力學(xué)紊流數(shù)值模擬方法研究，溢洪道及消能工水流的精細(xì)數(shù)值模擬，水墊塘及河道水流的精細(xì)模擬，高紊動氣液兩相流的數(shù)值模擬，污水排放工程中近區(qū)污染及水流的精細(xì)模擬，電站水輪機(jī)水流的精細(xì)模擬，工程水力學(xué)的反問題研究等。該項(xiàng)研究成果內(nèi)容豐富，研究成果的理論和方法有多項(xiàng)創(chuàng)新。

《地下水流數(shù)值模擬：有限差分法》是國內(nèi)地下水流數(shù)值模擬的一本雙語教材，包括基本理論、Visual MODFLOW 軟件使用介紹和實(shí)踐應(yīng)用三部分，知識點(diǎn)系統(tǒng)而全面。第1部分是地下水流數(shù)值模擬的基礎(chǔ)理論部分，介紹了有關(guān)基本概念、基本定律、基本微分方程、數(shù)學(xué)模型的建立和有限差分方法等。第二部分介紹了Visual MODFLOW 軟件使用步驟，包括水流模型的輸入、運(yùn)行和輸出。第三部分為基于Visual MODFLOW軟件的地下水流數(shù)值模擬應(yīng)用實(shí)例部分，包括地下水庫截滲墻建設(shè)的數(shù)值模擬和水源地保護(hù)區(qū)劃分的數(shù)值模擬。

本著通俗易懂的原則，杜新強(qiáng)編著的《地下水流數(shù)值模擬基礎(chǔ)(普通高等教育十二五規(guī)劃教材)》講述地下水?dāng)?shù)值模擬方法中有限差分法、有限單元法的基本原理與實(shí)踐應(yīng)用練習(xí)。

緒言部分主要講述水文地質(zhì)定量評價(jià)方法的發(fā)展階段以及地下水?dāng)?shù)值模型的特點(diǎn)；第1章著重回顧地下水滲流理論的基本公式及其水文地質(zhì)學(xué)意義；第2章主要講解有限差分法基本原理；第3章著重講述有限單元法的基本原理；第4章主要講述地下水?dāng)?shù)值模擬的應(yīng)用步驟以及地下水?dāng)?shù)值模擬反演方法的基礎(chǔ)理論；第5章主要通過實(shí)例完成地下水?dāng)?shù)值模擬應(yīng)用的實(shí)踐練習(xí)，達(dá)到學(xué)以致用的目的。

本書適用于水文與水資源工程專業(yè)、地下水科學(xué)與工程專業(yè)本科生教學(xué)、自學(xué)的參考用書。