基于二次插值的非饱和土壤水流问题的特征差分方法及数值模拟

本文针对一类非饱和土壤水流问题,提出了基于二次插值的特征差分格式,得到了严谨的L2模误差估计.并作了数值试验,指明方法的有效性.     

基于内聚力模型的高速水流聚脲基涂层剥离破坏模型研究

冲磨和空蚀破坏是水利水电设施最为常见的病害之一,严重影响水利水电设施的安全运行和效益发挥. 泄洪建筑物通常喷涂聚脲基涂层来提高抗冲耐磨性能,但在泄洪高速水流速度作用下抗冲磨聚脲基涂层的剥离破坏机理的研究尚属空白. 本文基于高速水流的流态形式,提出了高速水流对泄洪建筑物的力学作用模型,水流作用对泄洪建筑物的载荷主要包括拖曳力、冲击力、脉动力和上浮力;采用内聚力模型表征聚脲基涂层与泄洪建筑物防护体界面的剥离破坏过程,建立了高速水流聚脲涂层的剥离破坏模型, 给出了模型的有限元形式方程、本构关系以及损伤起始原则、演化原则和接触碰撞模型. 通过聚脲涂层与混凝土基底的剥离破坏试验,分析了不同剥离倾角下界面剥离破坏的拉应力与倾角之间的变化规律,得到了聚脲涂层剥离破坏过程中应力-$\!$-位移变化关系. 根据剥离破坏试验计算了界面剥离破坏断裂模型参数,采用数值方法对模型进行了验证,试验结果与模型计算结果吻合良好,为泄洪建筑物的抗冲耐磨设计提供理论依据.      

带滩槽地形的连续弯道中纵向流速横向分布解析

本文基于沿水深积分的动量方程,假定二次流项和弯道附加应力项沿横断面呈线性分布,提出了预测弯道垂线平均纵向流速的解析计算方法,进一步提出了河槽区和河滩区垂线平均纵向流速沿断面分布的求解模式,并将其应用于带滩槽地形的反向连续弯道水槽中.根据实测数据率定计算参数,该模式可计算不同出口水深条件下断面垂线平均纵向流速分布,计算结...     

非饱和土壤水流问题基于POD 方法的降阶有限体积元格式及外推算法实现

利用特征投影分解(proper orthogonal decomposition, 简记为POD) 方法对非饱和土壤水流问题的经典有限体积元格式做降阶处理, 建立一种具有足够高精度维数较低的降阶有限体积元格式, 并给出这种降阶有限体积元解的误差估计和外推算法的实现, 最后用数值例子说明数值结果与理论结果是相吻合的. 进一步表明了基于POD 方法的降阶有限体积元格式对求解非饱和土壤水流问题数值解是可靠和有效的.     

地下水流系统的灰朦胧微分方程

以灰朦胧集和朦胧型灰元为基础,分析了地下水流系统的灰性,定义了含水层的灰朦胧渗透系数和灰朦胧贮水系数;构建了地下水流系统的灰朦胧微分方程,说明了灰朦胧建模思想的客观性和合理性.这对开拓地下水模拟的思路,促进地下水模拟理论与方法的进展,具有重要意义.     

床面固体颗粒圆柱绕流的试验现象观察

本文介绍了床面固体颗粒随水流绕过圆柱体时，将在圆柱周围的床面上形成一个无粒子运动区的试验现象。水槽试验结果表明，当固体颗粒的粒径减小时，无粒子区的范围将增大；无粒子区的范围随圆柱直径的增大而增大；水流条件的变化直接影响着床面固体颗粒的运动情况，同无粒子区的形成、消失及范围大小有密切的关系。根据试验资料，结合量纲分析，建立了无粒子区的无量纲经验关系式     

河底和岸壁水流剪切应力“标准断面”法

零剪切应力分割线法和分割线表观剪切应力法是计算河底和河岸水流剪切应力的两种常用方法.为简化分割线表观剪切应力经验表达式,提出了“动量传输 平衡偏离”（momentum transfer equilibrium deviation,MTED）假设,认为表观剪切应力可由分割线一侧单位时间动量传输与其平衡值的差值来表示.为了确定平衡值,提出了标准断面的概念,所有矩形或者梯形断面都有对应的标准断面.基于MTED假设和标准断面的概念,建立了分割线表观剪切力以及河底和河岸剪切力占总剪切力比重的计算表达式.利用不同实验的200多个数据对不同的计算方法进行了对比分析,结果表明:该文的方法有效改善了计算精度,适用范围广,适用于矩形和梯形断面,以及河岸与河底糙率相同或不同的情况.     

小型可变坡水槽的结构及其特点

可变坡水槽作为研究水流及泥沙运动特性和水力学实验的一种设备已被广泛应用，本文论述了作者所研制的小型可变坡水槽的结构及其特点。     

A Thermodynamic Cavitation Model for Cavitating Flow Simulation in a Wide Range of Water Temperatures

A thermodynamic cavitation model is developed to simulate the cavitating water flow in a wide temperature range. The thermal effect on bubble growth during cavitation is introduced in the developed model by considering both pressure difference and heat transfer between the vapor and liquid phase. The cavitating turbulent flow over a NACA0015 hydrofoil has been simulated at various temperatures from room temperature to 150°C by using the present cavitation model, which has been validated by the experimental data. It is seen that the thermodynamic effects of cavitation, vapor depression and temperature depression are much more predominant in high temperature water compared with those in room temperature water. These results indicate that the proposed thermodynamic cavitation model is reasonably applicable to the cavitating water flow in a wide temperature range.     

水流损失和热补偿共同作用对增强型地热系统(EGS)产能影响的研究

基于青海共和盆地-3705m地热田实测数据,结合流固耦合传热理论并运用Comsol软件,建立了离散型裂隙岩体流体传热模型。考虑水流损失和热补偿共同作用,模拟得到了开采过程中上、下岩层(盖层和垫层)为绝热不渗透、传热不渗透、渗透传热时,储层(上、下岩层和压裂层)温度场的变化特征,分析了产出流量、水流损失、产出温度、产热速率的变化规律。研究结果表明:采热过程中产出流量始终小于注入流量;产出流量增幅速率先增大后减小,最后趋于稳定,前3a产出流量增幅超过总增幅量的3/4;忽略水流损失,将高估产热速率,采热初期甚至达到考虑水流损失时产热速率的3倍以上;考虑水流损失,产热速率呈先快速上升再趋于稳定后逐渐下降的趋势,最优开采时间为3a^11a;研究上、下岩层对产出温度的影响,仅考虑传热,采热寿命延长5.43%,同时考虑渗流传热时,采热寿命延长2.71%;采热前9a,水流损失占主导作用,即流入上、下岩层水流损失对产热速率的影响高于热补偿效应,开采10a后,热补偿效应占主导作用;同时考虑水流损失和热补偿效应得到的产热速率变化规律与实际工程更为符合,建议选择低渗透能力的上、下岩层延长增强型地热系统(EGS)运行时间。