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针对当前复杂环境水流模拟的需求,建立了新型的基于特征型高分辨率数值算法的三维非结构网格浅水动力模型。模型采用有限体积法离散sigma坐标下的三维浅水方程,运用Roe黎曼近似解评估水平界面通量。模型网格拟合边界能力强,可根据需要局部加密;格式数值性能优良,具有守恒性、单调迎风性、高数值分辨率等特性。同时,应用干湿判别法处理动边界,以适应浅滩地形漫/露过程模拟的需要。封闭水池内部风生环流、干河床上溃坝过程和长江口实际潮流场的模拟从不同侧面展示了模型的特点,结果表明它能够准确地预测水流的三维流动结构,而且计算简单高效,具有良好的数值稳定性。 相似文献
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建立了基于无结构三角网格下采用有限体积法求解的二维水动力学模型,用于模拟溃坝洪水在复杂边界及实际地形上的流动过程。该模型采用Roe格式的近似Riemann解计算界面水流通量,结合空间方向的TVD-MUSCL格式及时间方向的预测-校正格式,可使模型在时空方向具有二阶计算精度。模型中引入最小水深概念,提出了有效的干湿界面处理方法。模拟了理想条件下溃坝水流过程,研究不同最小水深取值对干河床上洪水演进的影响,并用两组简单溃坝水流的水槽试验资料对模型进行验证。采用该模型模拟了实际溃坝洪水的流动过程,所得计算结果与实测资料及已有模型计算结果较为符合。 相似文献
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针对波浪数值模拟中基于矩形网格的数值方法在深水到浅水的网格间距选择与复杂边界处理上的缺陷,以及基于正交曲线网格和无结构网格的数值方法前处理工作复杂的问题,引入最近在计算力学中发展起来的无网格法——径向点插值法,对经典的双曲型缓坡方程进行空间离散,并在时间上采用四阶Adams-Bashforth-Moulton格式求解建立近岸波浪传播数学模型,通过椭圆形浅滩地形和环形河道的波浪传播计算验证,表明该无网格方法可较为有效地模拟近岸波浪的传播变形,且在处理复杂边界时具有较高的精度. 相似文献
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基于结构网格,采用有限体积法建立了二维水动力学模型,模拟溃坝洪水在复杂实际地形条件下的流动过程。该模型采用中心迎风格式求解界面通量,并结合对界面变量的线性重构,使其具有空间上的二阶精度。分别采用中心差分方法和半隐式方法对底床坡度项和摩擦阻力项进行离散,保证了模型的和谐性和稳定性。对于复杂地形条件下溃坝洪水的模拟,负水深的产生是影响模型稳定的关键因素。当库朗特数小于0.25时,模型能够保证任何时刻的计算水深都是非负的,而无需对负水深单元进行特殊处理。因此,相比于现有的大部分溃坝洪水模型,该模型具有更强的鲁棒性和稳定性。 相似文献
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数值模拟是河冰问题研究的重要手段之一, 但受限于天然河道的复杂地形条件, 研究工作开展中往往面临不规则边界的处理问题.基于河冰数值模拟工作现状, 总结和阐述了贴体网格技术对其的应用.针对二维数值模拟提出了采用滑动边界法和势流理论式相结合的方法来进一步提高边界处网格的正交性; 三维网格生成则宜采用σ竖向坐标变换法; 河冰模拟中水面位置确定通常采用标高函数法; 对于非稳态河冰数值模拟, 动边界处理技术可考虑改进并应用干湿法. 相似文献
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复杂边界下的流场数值模拟常基于非结构化网格进行求解,建立一种在非结构混合网格上求解水深平均的二维浅水方程的模型,以便精确模拟复杂边界、提高计算效率。该模型时间项离散采用隐格式使得模型具有较好的稳定性,对流项和扩散项分别采用总变差减小(Total Variation Diminishing,TVD)格式和构造辅助点的方法来离散,同时采用水深平均的标准k-ε模型来封闭湍流模型。选用两个经典验证算例检验模型,计算结果表明,基于非结构混合网格开发的模型具有较高的精度,且收敛性能较好。 相似文献
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冰湖溃决洪水的二维水动力学数值模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
为分析冰湖溃决洪水过程,建立了一个二维非恒定流数值模型,可以定量的开展冰湖溃决洪水预测.数值模型的基本控制方程采用二维浅水水流方程,数值方法采用可以捕捉激波的WAF TVD二阶精度格式,并用非界面追踪的方法处理干湿边界.通过理想情况下一维解析解的验证和二维复杂地形情况的数值试验,证明数值模型具有较好的精度和可靠性,并且可以适应复杂地形.将数值模型应用于一个典型的冰湖溃决事件,定量地预估了该冰湖溃决洪水过程,结果表明:水流流速很高,床面剪切应力很大,可能诱发活跃的泥沙运动,形成泥石流灾害. 相似文献
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为了更好地把握溃坝洪水风险,减小因溃坝洪水而造成的人员生命和财产损失,建立了基于Godunov格式的一维、二维溃坝水流耦合数学模型。一维溃坝水流模型采用HLL格式的有限体积法求解,二维溃坝水流模型采用基于非结构网格的Roe格式离散求解,在一维、二维模型的链接处采用重叠计算区域的方法实现一维模型和二维模型之间的水力要素信息交换。经弯道溃坝算例和断面突变溃坝算例验证,该耦合模型具有良好的可靠性和适用性,验证后的耦合模型为大尺度的溃坝水流数值模拟打下了基础。 相似文献
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To simulate debris flow run-out, the governing equations for free-surface shallow flow are corrected by setting the basal flow resistance coefficients with the quadratic rheological friction model. A well-balanced numerical scheme is developed for its run-out simulation over irregular topography. A linear reconstruction is adopted for improving the spatial accuracy of the numerical scheme. Considering the complex friction terms of governing equations of debris flow, they are estimated with a full implicit scheme for ensuring stability of the numerical scheme. The validity check of run-out simulation is implemented based on general knowledge of fluid, and a well-studied case occurred in the Xiezi Gully in Yingxiu Town, Sichuan Province of China. For practical purpose, the present numerical scheme is used for run-out prediction of debris flow in Xiaojia Gully of Panzhihua City, Sichuan Province of China. Our work aims to present a well-balanced numerical scheme for debris flow run-out simulation prediction, which can be applied quite conveniently to solve other kinds of debris flow models and helpful to promote the development in debris flow numerical calculation. 相似文献
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Ruirui Sun Xiaoling Wang Zhengyin Zhou Xuefei Ao Xiaopei Sun Mingrui Song 《Natural Hazards》2014,73(3):1547-1568
Dam-break floods have been of increasing concern to safety engineers and decision makers. The presence of complex terrain in inundation areas multiplies the simulation difficulty of flood routing. In previous studies, representing the flood routing parameters empirically does not reflect the characteristics of flood routing, which strongly influences the accurate assessment of the dam-break consequences. The basis for carrying out dangerous reservoir reinforcement is just engineering safety, without considering the actual situation of downstream areas. In this study, a comprehensive risk analysis of the dam-break flood was implemented based on the numerical simulation of flood routing. First, coupled with the volume of fluid method, a three-dimensional k–? turbulence mathematical model was developed for flood routing in complex inundation areas. Then, based on the flow parameters obtained through computational fluid dynamics modeling, the attribute measure methodology was used for the evaluation of consequences combined with the calculation of the dam-break consequences (loss of life, economic loss, social and environmental influence). Furthermore, a methodology containing the combined weight method and the technique for order performance by similarity to ideal solution method was proposed for risk ranking of dangerous reservoirs due to its logical consideration of scalar values that simultaneously account for both the best and worst alternatives. Finally, a sensitivity analysis was performed to provide information about the stability of risk ranking. The aforementioned model and methodology are applied to a case involving five reservoirs in the Haihe River Basin in China for Part II of this study. 相似文献
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Stability of sandy slopes under seepage conditions 总被引：2，自引：1，他引：1
Stability against shallow mass sliding in saturated sandy slopes under seepage depends on the flow direction and hydraulic
gradient, particularly near the ground surface. Two modes of instability i.e., Coulomb sliding and liquefaction have been
studied and the critical flow directions discussed. The utility of the numerical approach in solving complex flow problems
with irregular boundaries and surface topography is demonstrated by means of two slope examples with different internal drainage
conditions. The numerical results for the seepage gradients at different points are compared with those predicted by the simple
expression derived in this study, and the corresponding effects on the stability are evaluated. 相似文献
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溃坝问题在水利工程的设计管理中具有重要地位,也是广大学者长期以来一直关注和研究的课题。回顾和总结了国内外对溃坝水流演进问题的研究进展:介绍了溃坝水流的数学模型及解析解法存在的困难,进而讨论了数值解法的最新进展;论述了求解溃坝水流一维问题的有限差分法、近似黎曼解的Godunov格式法、Boltzmann法、KFVS法和二维问题的TVD格式法、间断有限元法、有限体积法、特征线法,并分析了各种方法的适用范围和优缺点,及讨论了限制函数的使用;介绍了利用自由水面追踪方法计算溃坝水流的研究进展,并根据目前存在的不足和实际工程的需要,提出了进一步研究的方向和发展趋势。 相似文献
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基于MATLAB的面积计算方法 总被引：2，自引：0，他引：2
由于在工程上只能得到一些离散数据，所以在面积的计算上就显得十分复杂，尤其当边界是不规则曲线时。这里提出一种基于MATLAB语言的简单、可行的计算方法，并对该方法的原理、算法、精度分析作了详细的阐述。通过模拟实验数据的计算和分析，说明该方法计算面积的精度较高。另外，所给程序还能绘出工程上需要的边界图形。 相似文献