明渠交匯水流阻力對(duì)平面二維數(shù)值模擬影響

運(yùn)用沿平均水深平面二維淺水方程,采用貼體正交曲線坐標(biāo),建立水流數(shù)學(xué)模型,模擬了重慶寸灘三期工程河段水流條件并根據(jù)實(shí)測(cè)資料進(jìn)行流速流向過程、流速分布的驗(yàn)證,計(jì)算結(jié)果表明,二維淺水方程能較好地模擬工程河段河道水流流場(chǎng)。

該文以北京地下直徑線隧道為實(shí)體,選取具有代表性的工況,采用二維的數(shù)值模擬方法對(duì)隧道施工按照工法進(jìn)行了分析,通過對(duì)比找出了最有利于隧道施工的工法,同時(shí)提出了隧道施工過程中各階段的控制參數(shù)和周邊管線、地上和地下構(gòu)筑物的控制標(biāo)準(zhǔn),并通過施工過程中的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)印證了數(shù)值模擬結(jié)果。

河道主槽兩側(cè)修建的生產(chǎn)堤影響灘槽泥沙橫向交換,對(duì)河床演變帶來很大影響。本文針對(duì)黃河下游游蕩型河段的現(xiàn)實(shí)狀況,采用平面二維水沙數(shù)學(xué)模型按現(xiàn)狀生產(chǎn)堤、廢除生產(chǎn)堤、限制生產(chǎn)堤三種條件進(jìn)行了典型洪水的模擬,模擬計(jì)算給出了夾河灘-高村河段不同邊界洪水演進(jìn)、漫灘的過程及灘區(qū)淹沒程度。作者分析了三種不同邊界條件對(duì)洪水水位、河段流速、灘槽沖淤的影響,表明廢除生產(chǎn)堤使洪水提前進(jìn)灘,與現(xiàn)狀生產(chǎn)堤狀態(tài)相比大大降低了河道洪水位;限制生產(chǎn)堤方案可以適當(dāng)控制漫灘流量,擴(kuò)大灘槽泥沙橫向交換,改善灘區(qū)生產(chǎn)條件。為了維持黃河河槽活力,協(xié)調(diào)人河關(guān)系,抑制二級(jí)懸河發(fā)展,限制下游河道生產(chǎn)堤治理方案是比較適宜的。

針對(duì)孔型隨激光工藝參數(shù)變化的特點(diǎn),建立了具有光束傳輸和強(qiáng)度分布的激光打孔瞬態(tài)二維有限元模型,對(duì)孔型演化進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。模型考慮了激光束空間分布和材料相變潛熱對(duì)孔的影響,給出了小孔的溫度場(chǎng)瞬態(tài)分布和界面演化過程。結(jié)果表明,打孔速度隨激光與材料作用時(shí)間增加而增大,鉆孔速度大約在1m/s量級(jí),而孔徑在打孔初期增大之后變化不大。比較了不同參數(shù)下各種孔型,包括直筒型、倒錐型和正錐型等,橫截面的仿真結(jié)果與試驗(yàn)觀測(cè)值吻合較好。仿真方法可以準(zhǔn)確地模擬激光打通孔的過程,為實(shí)際工藝研究提供參考。

建立了隔離病房的二維簡(jiǎn)化模型,利用動(dòng)態(tài)網(wǎng)格技術(shù)模擬了門旋轉(zhuǎn)開啟(向病房?jī)?nèi)開啟和向病房外開啟)和推拉開啟兩種模式下,開門過程中病房?jī)?nèi)外的壓力變化和通過門框的氣流流動(dòng)狀態(tài)。結(jié)果顯示,推拉開啟對(duì)門周圍氣流的影響最小;門向病房?jī)?nèi)開啟時(shí),門剛開啟階段引起病房?jī)?nèi)壓力增大,造成病房?jī)?nèi)污染空氣外泄;門向病房外開啟時(shí),靠門運(yùn)動(dòng)的引帶作用將病房?jī)?nèi)的污染空氣帶出。建議采用推拉開啟,對(duì)不能使用推拉門的場(chǎng)合,門應(yīng)開向污染區(qū)域。

平原河網(wǎng)地勢(shì)平坦,阻水河段多,流動(dòng)性弱,防洪排澇不暢。為充分利用水域水動(dòng)力勢(shì)能,找出最嚴(yán)重的阻水河段和提出消除阻水問題的對(duì)策,利用平面二維河網(wǎng)數(shù)學(xué)模型對(duì)紹興柯橋平原現(xiàn)狀河網(wǎng)水流運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了計(jì)算,綜合分析得到最嚴(yán)重的阻水河段,提出了利用河流連通工程減弱水流阻水、加快水流運(yùn)動(dòng)的措施,利用二維數(shù)學(xué)模型計(jì)算了該工程措施條件下的水流運(yùn)動(dòng)狀態(tài),通過對(duì)比有無工程措施的計(jì)算結(jié)果,從時(shí)間和空間上分析了工程措施對(duì)加快水流運(yùn)動(dòng)的影響程度,工程實(shí)施前、后的最大流速分別為0.089、0.145m/s,表明河流連通工程措施加快了水體流動(dòng),有利于防洪排澇。

曹娥江至寧波引水工程作為浙東引水工程的重要組成部分,與大厙和通明船閘的運(yùn)行關(guān)系密切,存在引水水流對(duì)航運(yùn)條件的影響,為此建立引水工程平面二維水流動(dòng)力數(shù)學(xué)模型,并用大厙引水工程1∶50模型試驗(yàn)資料對(duì)引水工程方案進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證和優(yōu)化。結(jié)果表明:通明引水工程一期和二期上下游橫向流速、縱向流速和回流流速都能滿足通航設(shè)計(jì)規(guī)范,工程的建設(shè)對(duì)通航影響不大,設(shè)計(jì)方案是合理的;在引水工程的進(jìn)、出口橫向流速最大,過往船只需注意即可。

交匯河段水流特性復(fù)雜,涉河工程建設(shè)以不對(duì)匯流口產(chǎn)生不利影響為宜。以某交匯河段干支流橋梁建設(shè)為例,運(yùn)用二維數(shù)學(xué)模型分析交匯河段橋梁建設(shè)對(duì)水流影響,結(jié)果表明:橋梁建設(shè)對(duì)匯流口流場(chǎng)、流速及流向等基本沒有影響,說明橋梁位置選擇和方案布置是基本合理的。

二維潮流數(shù)值水槽的樁群數(shù)值模擬——為了研究二維潮流數(shù)值模擬中樁基的影響，導(dǎo)出了二維潮流樁基數(shù)?？刂品匠探M，建立了樁基的二維潮流數(shù)值水槽，利用物模試驗(yàn)得出的樁基摩阻系數(shù)和樁基附加糙率，并經(jīng)水深修正后，對(duì)洋山港一期工程樁基碼頭的潮流情況進(jìn)行了模擬...

在邊界擬合曲線坐標(biāo)系下,運(yùn)用b型交錯(cuò)網(wǎng)格模式和動(dòng)邊界掃描技術(shù)建立了基于連通域的二維水流數(shù)學(xué)模型,并提出了模型中有關(guān)參數(shù)的處理方法。采用貼體坐標(biāo)變換將復(fù)雜的物理域變換成規(guī)則的計(jì)算域,在計(jì)算域上采用控制容積法離散方程,應(yīng)用simplec算法計(jì)算速度-壓力耦合。研究結(jié)果表明:采用控制容積法和simplec算法離散求解方程,具有良好的守恒性和穩(wěn)定性;該模型能夠較準(zhǔn)確地模擬連通域河段的流場(chǎng)變化、水位變化等過程,可供實(shí)際工程應(yīng)用。

從平面二維水動(dòng)力學(xué)方程組出發(fā),根據(jù)有限元galerkin加權(quán)余量法離散模型方程組,并利用newton-raph-son迭代法求解,成功地模擬了重慶雙碑嘉陵江大橋橋區(qū)河道水流流場(chǎng).經(jīng)綜合分析,得出大橋的建設(shè)對(duì)通航水流的影響很小.

武漢市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)東湖低排泵站工程是武漢市中心城區(qū)東湖排區(qū)排澇體系建設(shè)的重要組成部分。泵站排水口直接排水入江,增加下泄流量、產(chǎn)生橫流,對(duì)航道水流條件有不利影響。建立了泵站二維數(shù)學(xué)模型,概化模型結(jié)構(gòu),結(jié)合泵站水流入?yún)R和泵站自身水工結(jié)構(gòu)阻水兩方面因素分析擬建工程對(duì)航道條件的影響大小。模擬結(jié)果表明,工程興建后20年一遇洪水條件下水位、流速變化范圍在洪水期航道邊界外,對(duì)航道條件影響小。

在山區(qū)河流上修建涉水工程需考慮其對(duì)河道水流特性的影響,而山區(qū)河流水流運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性使此研究變得較為困難。該文建立了基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的平面二維水流運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型,并驗(yàn)證了其可靠性。采用該模型對(duì)岷江河段模擬計(jì)算,計(jì)算結(jié)果表明河段上擬建大橋的存在對(duì)河段水流特性無明顯影響。

文中將一維、二維模型的待求變量用邊界水位的線性方程表示,在一、二維模型連接斷面處,利用節(jié)點(diǎn)處流量守恒條件,實(shí)現(xiàn)一、二維模型的耦合。以大港獨(dú)流減河為例,采用該耦合模型分析了鉆井平臺(tái)對(duì)河道水流的影響,模擬結(jié)果表明該模型設(shè)計(jì)合理,具有一定可靠性和實(shí)用性,可用于防洪評(píng)價(jià)中工程建設(shè)項(xiàng)目對(duì)水流的影響分析。

逆流式自然通風(fēng)冷卻塔二維數(shù)值模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)——本文對(duì)氣流運(yùn)動(dòng)采用雷諾時(shí)均方程，雷諾應(yīng)力用k一￡雙方程模型進(jìn)行封閉，雨區(qū)熱交換的雨滴當(dāng)量直徑采用已有的冷卻塔雨區(qū)熱力特性研究成果，建立起二維自然通風(fēng)逆流式冷卻塔設(shè)計(jì)計(jì)算模型。

針對(duì)有限元法等傳統(tǒng)數(shù)值計(jì)算方法存在受單元網(wǎng)格限制、前后處理工作復(fù)雜的問題,提出應(yīng)用一種數(shù)值計(jì)算方法——無網(wǎng)格伽遼金法,對(duì)具有簡(jiǎn)單邊界條件的水利水電工程施工導(dǎo)流的恒定二維淺水流動(dòng)問題進(jìn)行了分析、計(jì)算.同時(shí)利用有限元法進(jìn)行了對(duì)比計(jì)算,從流速、水位的計(jì)算結(jié)果來看,兩種計(jì)算方法結(jié)果相近、誤差較小,表明采用無網(wǎng)格伽遼金法解決此類問題是可行的.

塔內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)在無風(fēng)時(shí)為二維軸對(duì)稱運(yùn)動(dòng),而目前國(guó)內(nèi)的冷卻塔設(shè)計(jì)計(jì)算為一維計(jì)算方法,無法對(duì)冷卻塔配風(fēng)、配水進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此,建立二維冷卻塔設(shè)計(jì)計(jì)算方法具有一定的意義。本文對(duì)氣流運(yùn)動(dòng)采用雷諾時(shí)均方程,雷諾應(yīng)力用k-ε雙方程模型進(jìn)行封閉,雨區(qū)熱交換的雨滴當(dāng)量直徑采用已有的冷卻塔雨區(qū)熱力特性研究成果,建立起二維自然通風(fēng)逆流式冷卻塔設(shè)計(jì)計(jì)算模型。通過與原型觀測(cè)資料對(duì)比,本文所提出的二維計(jì)算方法出塔水溫的計(jì)算結(jié)果與原型相差小于01℃。結(jié)合某電廠工程設(shè)計(jì)實(shí)例,通過二維數(shù)值模擬計(jì)算,對(duì)塔內(nèi)填料和配水進(jìn)行優(yōu)化布置,冷卻塔出塔水溫可降低052℃。

河道攔沙壩附近的水流流態(tài)復(fù)雜,且行洪期受泥沙影響較大。河道攔沙壩對(duì)水流的影響可以通過三維水流數(shù)值計(jì)算進(jìn)行分析。以某水道的攔沙壩的數(shù)學(xué)模型為計(jì)算實(shí)例,通過數(shù)值模擬出了該區(qū)域的三維流場(chǎng)分布,分析了攔沙壩對(duì)河道水流的流速和流場(chǎng)的影響特性。計(jì)算結(jié)果表明,攔沙壩對(duì)河道流場(chǎng)影響較大,最明顯的區(qū)域?yàn)閿r沙壩密集區(qū)附近,并且形成較大的渦流,對(duì)攔沙作用具有雙重影響特性。

采用泥沙沖刷模型對(duì)二維淹沒射流沖刷無黏性砂床作了數(shù)值模擬,沖刷時(shí)間為10s。湍流模型選用rngk-ε模型,它對(duì)于低強(qiáng)度湍流和具有強(qiáng)烈剪切區(qū)域的流動(dòng)應(yīng)用更加廣泛。數(shù)值計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合比較良好。數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明:當(dāng)沖刷時(shí)間相同時(shí),射流速度越大,沖刷深度越大;當(dāng)射流速度一定時(shí),最大沖坑深度和沖刷時(shí)間呈對(duì)數(shù)關(guān)系。

采用正交曲線坐標(biāo)對(duì)赤水河鰱魚溪碼頭河段計(jì)算域進(jìn)行了坐標(biāo)擬合,用有限體積法(simplec程式)對(duì)擬合坐標(biāo)系下的水流基本控制方程進(jìn)行了離散,在求解過程中采用了欠松弛技術(shù)和逐線迭代法。分析了鰱魚溪碼頭工程前后河段內(nèi)水位、比降及水流流速的變化。研究了碼頭前沿船舶泊穩(wěn)條件和碼頭工程建設(shè)對(duì)洪水位的影響,得出了在赤水河鰱魚溪彎道凹岸建港可以將岸線適當(dāng)推向河心的認(rèn)識(shí)。

采用準(zhǔn)二維數(shù)學(xué)模型，研究了嘉陵江北碚防洪堤工程修建后河道水流條件變化及其對(duì)通航、上游防洪等的影響，分析了工程后，水面及比降變化、主流速度變化和上水航線流速變化，提出了合理可行的工程方案

\"夜游陸水河\"是湖北省赤壁市政府大力推動(dòng)的城區(qū)旅游項(xiàng)目。陸水河城區(qū)河段建有多座橋梁,這些橋梁大多興建于20世紀(jì),年代久遠(yuǎn),修建時(shí)未能考慮到航運(yùn)發(fā)展需求,對(duì)船舶通航造成嚴(yán)重的安全影響。鑒于此,建立了陸水大壩-京港澳高速橋河段二維數(shù)學(xué)模型,概化橋墩、碎石等礙航結(jié)構(gòu),并結(jié)合赤壁市水文站50a統(tǒng)計(jì)資料,綜合考慮桂家畈樞紐、節(jié)堤樞紐等航電樞紐的調(diào)度規(guī)律,計(jì)算不同工況下項(xiàng)目河段橋梁對(duì)船舶通航的影響,并對(duì)旅游航線開放時(shí)間提出建議。