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明渠交汇口水动力及掺混特性研究进展 被引量:1
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作者 曾诚 周婧 +4 位作者 李凯 付毅成 周婕 蔡雷 王玲玲 《水利水电科技进展》 北大核心 2025年第1期10-17,共8页
针对明渠交汇区域内水流结构的复杂情况,从明渠交汇口汇流比、交汇角度、床面高差和其他影响因素的角度,综述了明渠交汇口分离区、剪切层、二次环流等很多特有的水动力及掺混特性的研究进展,梳理了物理模型试验、数值模拟研究和实地观... 针对明渠交汇区域内水流结构的复杂情况,从明渠交汇口汇流比、交汇角度、床面高差和其他影响因素的角度,综述了明渠交汇口分离区、剪切层、二次环流等很多特有的水动力及掺混特性的研究进展,梳理了物理模型试验、数值模拟研究和实地观测成果,总结了水动力及掺混特性的研究现状。基于目前存在的主要问题,未来应重点研究人工智能算法的应用,植被、密度差、潜流带对掺混特性的影响以及挟沙水流交汇问题中的冲刷淤积影响。 展开更多
关键词 明渠交汇口 水动力 掺混 影响因素
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多级变径孔板螺旋流的水力特性及数值模拟研究
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作者 赵廷红 巩笑笑 +1 位作者 王立强 宋玉 《水电能源科学》 北大核心 2025年第1期35-38,19,共5页
针对多级变径孔板水力特性的数值模拟研究较少的现状,引入收缩角与扭转角概念,构建新型多级变径孔板,基于前期物理试验,通过数值模拟定雷诺数、变收缩角、变扭转角的多种组合工况,对该装置内各监测断面的三相速度、装置内空化数的沿程... 针对多级变径孔板水力特性的数值模拟研究较少的现状,引入收缩角与扭转角概念,构建新型多级变径孔板,基于前期物理试验,通过数值模拟定雷诺数、变收缩角、变扭转角的多种组合工况,对该装置内各监测断面的三相速度、装置内空化数的沿程变化规律及装置的消能率进行分析。结果表明,定收缩角时,随着扭转角的增大,轴向速度的波动程度逐渐减弱,切向速度和径向速度虽有逐渐增大的趋势,但整体波动相对较小;定雷诺数时,同一断面处的空化数随收缩角或扭转角的增大而减小;该装置的消能率随扭转角增大而增大,随收缩角增大而减小。在研究的8种组合工况中,收缩角为15°、扭转角为12°时该装置的消能率最优。 展开更多
关键词 孔板消能 数值模拟 三相速度 空化数 消能率
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半封闭圆管冲击射流紊动特性PIV试验研究
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作者 陈明 郭佳 +2 位作者 黄海津 杨岚彬 周绪生 《水利水运工程学报》 北大核心 2025年第4期128-142,共15页
冲击射流作为一种高效的质量、动量及能量传递技术,广泛应用于水利工程、热工设备及清洗系统等工程领域。在实际应用中,射流常受到结构空间的限制,形成半封闭冲击射流,其特征为喷嘴出口存在与冲击板平行的半封闭板,使射流流场结构更加复... 冲击射流作为一种高效的质量、动量及能量传递技术,广泛应用于水利工程、热工设备及清洗系统等工程领域。在实际应用中,射流常受到结构空间的限制,形成半封闭冲击射流,其特征为喷嘴出口存在与冲击板平行的半封闭板,使射流流场结构更加复杂,湍流特性显著变化。采用二维粒子图像测速技术,对不同冲击距条件下的半封闭圆管冲击射流流场进行了试验研究。通过获取射流中心面上的瞬时速度场,重点分析了紊动能、脉动速度概率密度、偏斜因子、平坦因子及两点相关函数的沿程演化规律。结果表明,随着冲击距的增大,自由射流剪切层内紊动能峰值及高紊动能区域均显著增大,而壁面射流区紊动能峰值呈现先增后减趋势;其中,壁面紊动能局部峰值沿径向呈指数衰减,其半值宽随径向线性增长,且扩展率与衰减指数对冲击距变化不敏感。脉动速度概率密度分析显示,射流中心线上轴向脉动速度分布由瘦高逐渐趋于扁平,壁面射流区的径向脉动速度分布则由扁平转向瘦高;进一步的偏斜因子与平坦因子分析表明,射流中心线上轴向脉动速度分布呈左偏态且陡峭特性,壁面射流区径向脉动速度分布则呈右偏态且陡峭特性,表明射流发展过程中存在非高斯性与间歇性特征。两点相关函数分析显示,积分长度尺度随射流发展沿程增大,表明湍流结构在沿程发展中不断合并、扩大。本研究深化了对半封闭冲击射流紊动特性的理解,为其在质量、动量及能量传递中的机理分析提供了试验支撑,并为相关工程应用中的结构优化与性能提升提供了理论依据。 展开更多
关键词 冲击射流 封闭板 紊动能 高阶速度矩 两点相关函数
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椭球形水滴随机运动的数学模型
4
作者 张华 周意恒 徐泽辉 《水力发电学报》 北大核心 2025年第8期11-19,共9页
针对水滴在风场中随机运动特性的科学问题,提出水滴稳态变形为椭球形的假设,并采用白噪声来描述因相对风速和水滴运动姿态改变所引起的迎风面积随机性,建立椭球形水滴运动随机微分方程,并对椭球形水滴的运动形态及漂移距离进行检验,验... 针对水滴在风场中随机运动特性的科学问题,提出水滴稳态变形为椭球形的假设,并采用白噪声来描述因相对风速和水滴运动姿态改变所引起的迎风面积随机性,建立椭球形水滴运动随机微分方程,并对椭球形水滴的运动形态及漂移距离进行检验,验证了椭球形水滴随机运动数学模型的正确性。应用该数学模型计算得到了不同条件下椭球形水滴的离散系数,结果表明:运动过程中的椭球形水滴,因大量空气分子的随机力作用以及水滴迎风面积变化所受到的随机影响作用,与水滴的弗劳德数成正比。 展开更多
关键词 泄洪雾化 椭球形水滴 迎风面积 随机微分方程 白噪声
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水动力学模型的实时组合校正方法研究
5
作者 马强 陈璐 +2 位作者 吴亚中 陈立正 贺阳 《水电能源科学》 北大核心 2025年第1期30-34,共5页
受降雨分布不均、地形复杂多变及模型结构等因素限制,水动力学模型的水位模拟精度难以进一步提升。为此,基于一维水动力学模型运行结果,建立了涵盖KNN、SVR、LSTM、GRU等多种智能算法的实时校正模型,并将KNN校正法与WF算法串联耦合,提... 受降雨分布不均、地形复杂多变及模型结构等因素限制,水动力学模型的水位模拟精度难以进一步提升。为此,基于一维水动力学模型运行结果,建立了涵盖KNN、SVR、LSTM、GRU等多种智能算法的实时校正模型,并将KNN校正法与WF算法串联耦合,提出了具有降噪功效的KNN-WF校正方法,在此基础上,为充分挖掘各校正算法在不同水位区间的校正优势,提出了一种基于M分位数的水位分级组合校正方法,以均方根误差、决定系数和峰值相对误差综合比较分析各校正方法的校正效果。汉江流域应用结果表明,KNN-WF校正法能有效避免KNN校正结果中存在的噪声和锯齿状峰值,校正后的水位过程与实测水位过程更加吻合,分级组合校正方法能实现不同水位区间的精细化校正从而提升整体校正效果。 展开更多
关键词 水动力学模型 终端校正 分级组合校正 汉江流域
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水系连通工程对近海潮汐水域水动力的影响 被引量:2
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作者 王逸飞 王艳红 +2 位作者 杨啸宇 缴健 丁磊 《人民珠江》 2025年第1期78-87,共10页
潮汐水域是指沿海地区受外海潮汐影响,存在周期性水位及流速变化的河道、湖泊等水体。水系连通工程是采取一系列人工或自然措施连通水系,在河道之间实现水力联系。本研究利用二维水动力数学模型,对龙江河水系连通工程建设前后龙江塘内... 潮汐水域是指沿海地区受外海潮汐影响,存在周期性水位及流速变化的河道、湖泊等水体。水系连通工程是采取一系列人工或自然措施连通水系,在河道之间实现水力联系。本研究利用二维水动力数学模型,对龙江河水系连通工程建设前后龙江塘内水动力情况进行模拟。研究表明,工程前后大部分区域水体流速均小于2 cm/s,部分换水能力较差的区域水体流速小于0.5 cm/s,北湖区水动力条件明显弱于南湖区,旱季及雨季水动力整体相差不大。水体净通量在工程前后基本相似,但工程后水体交换总量远大于工程前。涨潮时刻湖区内及连接段工程后流速明显减小,而落潮时刻湖区内及连接段工程后流速则明显增加。由于工程本身无附加动力,因此工程仅对2个连通工程通道附近水域的水体动力有明显改善,故建议可在两水系连通通道增设泵站,或在部分改善效果较差的区域增设补水点等措施,增加局部水体流动性。 展开更多
关键词 潮汐水域 水系连通 二维水动力数学模型 水动力 水体净通量 水体交换总量
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基于国产CPU/GPU平台的水动力模型异构并行计算 被引量:1
7
作者 南统超 施睿 于春水 《水利学报》 北大核心 2025年第6期771-779,共9页
水动力模型具有物理意义明确、可靠性高等优点,但其计算量大、算力要求高。鉴于先进计算芯片进口遇阻,国外CUDA软件平台也被禁用,有必要基于国产CPU/GPU产业现状发展“多节点-多GPU”异构并行计算方案。本研究基于国产硬件平台研发“多... 水动力模型具有物理意义明确、可靠性高等优点,但其计算量大、算力要求高。鉴于先进计算芯片进口遇阻,国外CUDA软件平台也被禁用,有必要基于国产CPU/GPU产业现状发展“多节点-多GPU”异构并行计算方案。本研究基于国产硬件平台研发“多节点-多GPU”大规模分布式异构并行计算水动力模型,用于流域尺度二维浅水方程高效并行求解。通过三个算例检验了该模型的准确性、并行效率以及对亿级大模型的模拟能力。结果表明,该模型计算准确,并行加速效果显著,可模拟溃坝、大尺度复杂地形等条件下水动力过程,实现了对亿级网格洪水过程分钟级模拟。有望为我国洪水预报预警提供自主可靠的技术支撑,为流域大模型、区域地下水模型等其他大型水动力模型的异构并行计算提供借鉴。 展开更多
关键词 偏微分方程求解 水动力模型 并行计算 异构计算 国产处理器 洪水模拟
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格子Boltzmann浅水模型的特征边界条件研究 被引量:1
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作者 黄伟勋 张庆河 张金凤 《水道港口》 2025年第2期178-186,共9页
文章建立了二维浅水方程的格子Boltzmann数值模型,为了解决模型开边界的数值反射问题,首次在该模型中引入了无反射的特征边界条件。采用一维溃坝波和二维高斯源水波算例对所建立的格子Boltzmann浅水模型及其特征边界条件进行了验证,并... 文章建立了二维浅水方程的格子Boltzmann数值模型,为了解决模型开边界的数值反射问题,首次在该模型中引入了无反射的特征边界条件。采用一维溃坝波和二维高斯源水波算例对所建立的格子Boltzmann浅水模型及其特征边界条件进行了验证,并将建立的数值模型应用于二维方柱绕流的数值模拟。结果表明:所建立的格子Boltzmann浅水模型能够正确模拟一维溃坝波的传播过程,且引入的特征边界条件可以有效地消除计算域边界产生的非物理反射波,从而提高格子Boltzmann浅水模型的稳定性和准确性。 展开更多
关键词 二维浅水方程 格子BOLTZMANN方法 特征边界条件 溃坝波 高斯源水波 方柱绕流
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栅格翼动态展开试验研究
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作者 鲍文春 郭涛 +3 位作者 尹世龙 李宁 陈浮 俞建阳 《船舶力学》 北大核心 2025年第7期1070-1077,共8页
栅格翼水下发射技术方案可增加水下航行体的运动稳定性,是提高航行体对发射环境条件适应能力的有效途径之一。针对水下应用栅格翼动态展开过程,建立展开过程运动学参数数学模型,设计栅格翼地面展开机理验证试验,研究栅格翼在空气介质及... 栅格翼水下发射技术方案可增加水下航行体的运动稳定性,是提高航行体对发射环境条件适应能力的有效途径之一。针对水下应用栅格翼动态展开过程,建立展开过程运动学参数数学模型,设计栅格翼地面展开机理验证试验,研究栅格翼在空气介质及水介质中展开过程景象、运动参数变化规律及展开用时等信息,获得水介质对栅格翼展开过程参数的影响,为水下栅格翼动态展开过程方案分析及展开过程运动参数分析提供有益的经验。 展开更多
关键词 栅格翼 水下展开 地面试验 动态展开 空中展开
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气泡幕水动力特性数值模拟
10
作者 赵文彬 黄筱云 +1 位作者 夏波 程永舟 《水利水电科技进展》 北大核心 2025年第4期16-23,30,共9页
为了解浅水条件下气泡幕的作用机制,明确其水动力特征参数,并探究水深、单宽供气量两个因素对特征参数的影响,运用OpenFOAM开展基于双流体模型的气泡幕水动力特性数值模拟研究,并提出了浅水气泡幕垂向流速、水平流速以及气泡幕最大作用... 为了解浅水条件下气泡幕的作用机制,明确其水动力特征参数,并探究水深、单宽供气量两个因素对特征参数的影响,运用OpenFOAM开展基于双流体模型的气泡幕水动力特性数值模拟研究,并提出了浅水气泡幕垂向流速、水平流速以及气泡幕最大作用效率的估算方法。结果表明:在0.5 m水深至0.2倍水深深度的范围内,气泡羽流中心速度沿程保持不变,气泡羽流水平宽度沿程呈线性增长;距气泡幕0.25倍水深处,表层流速最大,水平流厚度最小,随后表层流速沿程线性减小;水平流厚度在0.15倍到0.4倍水深之间。 展开更多
关键词 浅水 气泡幕 水动力特性 数值模拟 OPENFOAM
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不同耦合模式下城市洪涝模型的计算精度与效率分析
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作者 董文斌 张大伟 +3 位作者 王玮琦 李明臣 冯新政 孙东亚 《中国水利水电科学研究院学报(中英文)》 北大核心 2025年第3期307-317,共11页
精准高效的城市洪涝模型,是城市内涝治理工作的重要科学工具。为定量研究不同城市洪涝模型耦合模式对计算精度和效率的影响,基于开源的SWMM模型和LISFLOOD-FP模型,构建了单向、双向两种耦合模式的城市洪涝耦合模型。以滨州市滨城区为研... 精准高效的城市洪涝模型,是城市内涝治理工作的重要科学工具。为定量研究不同城市洪涝模型耦合模式对计算精度和效率的影响,基于开源的SWMM模型和LISFLOOD-FP模型,构建了单向、双向两种耦合模式的城市洪涝耦合模型。以滨州市滨城区为研究对象,对比分析了两种耦合模式下实测降雨和不同重现期降雨的模拟精度和计算效率。结果表明:双向耦合模型计算的易涝点水深过程线与实测结果更接近,双向耦合淹没面积过程线能反映实际的退水过程,单向和双向耦合模型计算的最大淹没面积比在1.35倍左右,对于淹没深度在0.15 m以上的积水区域,单向耦合模型模拟结果约为双向耦合模型的2倍左右。在计算效率方面,双向耦合模型计算耗时更高,使用Intel Xeon Platinum 8255C CPU时,双向耦合模型的计算耗时约为单向耦合模型的7~8倍,GPU使用NVIDIA Tesla V100时,双向耦合模型的计算耗时约为单向耦合模型的5倍。单向和双向耦合各有优势,可根据不同的业务应用场景,灵活选用适宜的城市洪涝耦合模式。 展开更多
关键词 城市洪涝 耦合模式 SWMM LISFLOOD-FP 计算精度 计算效率
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水动力作用下河道底泥氨氮释放特性分析
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作者 任宸剑 郝瑞霞 +3 位作者 张杨 韩丽娟 魏煜星 柴璐 《生态环境学报》 北大核心 2025年第6期931-940,共10页
氨氮是引起河道富营养化的重要原因,了解水动力条件下河道底泥中氨氮的释放特性对了解河流水质的动态至关重要。为探究水动力作用对河道底泥起动与氨氮释放规律的影响,于汾河太原段下游取样开展室内实验,研究恒定和变化水动力条件下底... 氨氮是引起河道富营养化的重要原因,了解水动力条件下河道底泥中氨氮的释放特性对了解河流水质的动态至关重要。为探究水动力作用对河道底泥起动与氨氮释放规律的影响,于汾河太原段下游取样开展室内实验,研究恒定和变化水动力条件下底泥再悬浮与氨氮浓度的时空变化以及释放速率等,构建不同强度水动力作用下近底切应力与底泥起动、上覆水浊度、氨氮浓度的相关关系。结果表明,水动力条件变化引起的近底切应力变化是影响上覆水浊度和氨氮浓度的关键因素。当近底切应力为1.07 N·m^(-2)时,中值粒径d_(50)=0.020 mm的底泥达到“普遍动”的起动状态,底泥向上覆水中大量悬浮;氨氮在扰动初期释放速率最快,前60 min氨氮释放量占总释放量的60.4%;当近底切应力小于0.260 N·m^(-2)时,氨氮浓度在实验初期释放存在分层现象,底部氨氮浓度处于较高的水平,随着转速的增加和时间的推移(180 min后)垂向上氨氮浓度趋于一致;上覆水浊度和氨氮浓度随底泥面切应力的增加而增加,越强的水动力条件越有助于提高上覆水中氨氮浓度的阈值上限,该研究中氨氮质量浓度和释放速率最大值分别为0.569 mg·L^(-1)、249 mg·m^(-2)·d^(-1);近底切应力与底泥向上覆水释放的氨氮浓度呈线性增加关系,与水体浊度呈近似指数增加关系。 展开更多
关键词 底泥再悬浮 水力扰动 氨氮浓度 内源污染 河道水质治理
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深水钻井隔水管下放作业可靠性智能评估方法
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作者 朱高庚 陈国明 刘康 《船舶力学》 北大核心 2025年第1期123-133,共11页
隔水管下放是深水钻井的重要步骤,此过程中卡盘承担隔水管系统全部重量,加之复杂多变的深水环境,导致下放作业风险较大。为了确保隔水管下放作业安全,本文针对隔水管连续下放工况,构建环境载荷参数联合分布模型,确定基于IAGA-BRNN的结... 隔水管下放是深水钻井的重要步骤,此过程中卡盘承担隔水管系统全部重量,加之复杂多变的深水环境,导致下放作业风险较大。为了确保隔水管下放作业安全,本文针对隔水管连续下放工况,构建环境载荷参数联合分布模型,确定基于IAGA-BRNN的结构响应智能预测模型,结合蒙特卡洛方法形成隔水管下放作业可靠性评估方法并开展应用实例研究。结果表明:环境载荷参数联合分布模型中大部分参数符合Weibull分布和Beta分布;提出的预测模型在所有指标上均保持较好的水平,且较常规预测模型最多提高了76.77%;隔水管等效应力和最大轴向力是影响下放作业安全的首要和次要限制因素,且随着悬挂隔水管根数增加,结构可靠度呈下降趋势,将波高作为限制条件可有效提高作业可靠性。 展开更多
关键词 隔水管下放 可靠性 蒙特卡洛 神经网络 遗传算法
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水下航行体穿越筒口气团的力学特性研究
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作者 戴旭刚 王宝寿 +1 位作者 何振民 许统华 《船舶力学》 北大核心 2025年第11期1690-1698,共9页
筒口气团对水下航行体出筒过程流场与载荷特性具有重要影响。本文通过数值模拟方法,将该过程简化为航行体在垂直静止的筒中突然起动,并以定速穿越气团的过程,研究了其流场与力学特性。主要结果如下:筒口气团受航行体出筒挤压、驱赶、穿... 筒口气团对水下航行体出筒过程流场与载荷特性具有重要影响。本文通过数值模拟方法,将该过程简化为航行体在垂直静止的筒中突然起动,并以定速穿越气团的过程,研究了其流场与力学特性。主要结果如下:筒口气团受航行体出筒挤压、驱赶、穿越与卷吸,在筒口平台及航行体周围形成振荡的环状气泡,筒口流场具有强烈的非定常涡运动特征;由环状气泡诱导的压力振荡影响整个流场,该压力随时间与距离衰减;流场振荡压力可近似认为线性叠加在航行体表面原有绕流压力上,使出筒过程中航行体母线上周期性地出现逆压梯度,这会影响可能在物面上出现的流动分离与空泡;在以气团当量球体直径和航速为特征量定义的无量纲时间下,不同气团体积的航行体振荡受力特性达到了归一化。 展开更多
关键词 筒口气团 数值模拟 压力振荡 涡运动 归一化
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抑制水下航行体初生空化的粗糙带参数优化设计
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作者 邢浩杰 胡常莉 +1 位作者 王志英 程诚 《船舶力学》 北大核心 2025年第5期732-741,共10页
抑制水下航行体初生空化对减小空化带来的不利影响具有重要意义。本文针对通过改变物面粗糙性来抑制初生空化的方法,开展基于代理模型方法的粗糙带参数优化设计研究。首先,采用数值计算的方法分析粗糙带参数对水下航行体头部空化初生特... 抑制水下航行体初生空化对减小空化带来的不利影响具有重要意义。本文针对通过改变物面粗糙性来抑制初生空化的方法,开展基于代理模型方法的粗糙带参数优化设计研究。首先,采用数值计算的方法分析粗糙带参数对水下航行体头部空化初生特性的影响机制,并给出粗糙带各参数的初始设计范围,然后,采用代理模型方法进行参数选优分析。结果表明:航行体头部表面设置粗糙带可改变其表面压力分布规律,粗糙带前后边界会引起压力的小幅波动,可改变最小压力值从而影响空化初生特性;通过代理模型的敏感度分析可知,相比于粗糙带的位置和宽度,其高度对初生空化数的影响较大,最终获得的优化结果经数值计算验证可明显降低初生空化数,达到较好的抑制空化初生的效果。 展开更多
关键词 粗糙带 代理模型 初生空化 优化设计
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射流表面黏附液滴变形的倒向随机微分方程
16
作者 赵腾飞 张华 《水力发电学报》 北大核心 2025年第3期76-86,共11页
针对射流表面黏附液滴变形动力学机制的科学问题,在给定终值条件下,建立射流表面黏附液滴运动变形的倒向随机微分方程,研究具备怎样的初值才能达到液滴预定的目标。研究表明:在射流表面单个黏附液滴的变形过程中,其拉伸的概率约50%。同... 针对射流表面黏附液滴变形动力学机制的科学问题,在给定终值条件下,建立射流表面黏附液滴运动变形的倒向随机微分方程,研究具备怎样的初值才能达到液滴预定的目标。研究表明:在射流表面单个黏附液滴的变形过程中,其拉伸的概率约50%。同时,该过程中液滴产生长轴拉伸,短轴拉伸;长轴拉伸,短轴回缩;长轴回缩,短轴拉伸;长轴回缩,短轴回缩四种变形模式的概率分别为18.9%、31.2%、18.7%、30.5%;在液滴群拉伸变形过程中,液滴会经过短轴收缩的变形过程,即液滴群整体有断裂的趋势。且改变终了时刻大小,以及终了时刻液滴形态和长轴增长率并不会引起液滴群变化趋势的改变。研究结果对探索液滴变形过程具有重要意义,为研究射流表面黏附液滴的变形提供了新的方法。 展开更多
关键词 射流 黏附液滴 变形 脉动速度 倒向随机微分方程
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高速空化水射流对冰层的侵蚀特性研究
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作者 张晓慧 李博 +2 位作者 周耀华 朱润宇 刘邦祺 《中国造船》 北大核心 2025年第3期187-197,共11页
采用有限体积法和有限元方法研究高速空化水射流对冰层的冲蚀特性。利用LES法和Schnerr-Sauer空化模型对自由空化水射流进行模拟,将所得空化云涡状图和非定常特性与已公开发表的数值和试验结果进行对比;选取空化云面积较大的截面作为靶... 采用有限体积法和有限元方法研究高速空化水射流对冰层的冲蚀特性。利用LES法和Schnerr-Sauer空化模型对自由空化水射流进行模拟,将所得空化云涡状图和非定常特性与已公开发表的数值和试验结果进行对比;选取空化云面积较大的截面作为靶面,建立冰层冲击射流模型,根据靶面冲蚀压力确定最佳靶距;采用单向耦合的方法将靶面的冲蚀压力映射到有限元冰层表面上,利用有限元方法研究空化侵蚀作用下冰层的应力变化,得到冰层破裂所需应力的空化冲击射流泵压要求。 展开更多
关键词 空化水射流 冲击射流 最佳靶距 冲蚀特性 冰层
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基于格子Boltzmann重叠法求解一、二维耦合浅水动力学模型
18
作者 杨浩 敬玥彤 +3 位作者 刘海飞 毕娟 王洪达 褚珣 《南水北调与水利科技(中英文)》 北大核心 2025年第1期110-117,129,共9页
提出一种重叠耦合法(superposition coupling method, SCM),以高精度地实现基于一维与二维格子Boltzmann方法 (lattice Boltzmann method, LBM)的水动力模型在复杂地形浅水区域的跨维度模拟耦合。对复杂地形区域的浅水水体进行水动力模... 提出一种重叠耦合法(superposition coupling method, SCM),以高精度地实现基于一维与二维格子Boltzmann方法 (lattice Boltzmann method, LBM)的水动力模型在复杂地形浅水区域的跨维度模拟耦合。对复杂地形区域的浅水水体进行水动力模拟通常涉及跨维度建模,可能会在某些边界处做近似处理,例如河流-湖泊汇合处、洪水淹没区和河口区域。为高效求解跨维度浅水方程(shallow water equations, SWE)问题,SCM通过在一维和二维LBM模型边界处人工设置重叠区域,使不同维度的2个模型在该区域交换水动力信息。在重叠区域采用零梯度边界条件,从而得到耦合所需的变量。1D-2D耦合模型通过了圆形空腔射流和急弯河道2个验证模型的比较测试,结果显示一、二维耦合模型的精度与二维模型基本相当。本研究通过SCM有效地求解了跨维度浅水方程问题,提高了一维与二维模型间的耦合精度,为复杂地形浅水区域的水动力模拟提供了技术支撑。 展开更多
关键词 格子BOLTZMANN方法 水动力模型 一、二维耦合 重叠法 浅水方程
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基于MIKE21的沱湖水动力及水体更新时间模型
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作者 吴昊昊 倪晋 潘强 《水电能源科学》 北大核心 2025年第8期47-51,共5页
为深入分析沱湖流域的水动力特性,从定量和定性角度出发掌握有无风场作用下沱湖的水体更新能力,基于MIKE21软件建立研究区域二维水动力模型,利用2018、2021年樊集和山西庄闸水位过程进行率定验证,并模拟流场分布;进一步耦合水体换水周... 为深入分析沱湖流域的水动力特性,从定量和定性角度出发掌握有无风场作用下沱湖的水体更新能力,基于MIKE21软件建立研究区域二维水动力模型,利用2018、2021年樊集和山西庄闸水位过程进行率定验证,并模拟流场分布;进一步耦合水体换水周期数值模拟方法,采用2018、2020、2021年汛期资料进行换水周期计算,对比风场作用和无风条件下沱湖水体更新时间均值的空间变化,选取湖区6个采样点,提取各采样点随时间变化的浓度序列,分析沱湖水质各特征部位的水体更新变化规律。结果表明,风是决定沱湖流场形态的重要因素,风的作用一定程度上改变了该湖区的流场结构;沱湖水体更新能力具有空间异质性,西部湖区水体更新速度快、东部湖区水体更新速度慢;在无风条件下,山西庄闸边界附近水体更新速度要明显快于南部湖心,尤其在大水年(2020年)水体更新时间最短,污染物运移速度最快,表明怀洪新河入流对西南部湖区有正向作用,增强了湖区的水动力条件,促进了西南部水体的对流和混合,减少了西南部湖区的水体更新时间;有风条件下,2018、2020、2021年湖泊水体更新时间空间分布均值分别比无风时减少了27、2、6 h,说明风速场是影响沱湖污染物运移的重要驱动力。研究结果旨在丰富沱湖流域水动力特性和水体交换能力方面的相关研究,为后续沱湖水质改善措施和调水方案优化提供依据。 展开更多
关键词 沱湖 MIKE 21 水动力特征 水体更新时间 水环境改善
原文传递
带缆遥控水下机器人在海流环境下的水动力性能与运动控制研究
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作者 窦义哲 吴家鸣 +2 位作者 董志强 杨显原 韩翔希 《船舶力学》 北大核心 2025年第4期535-546,共12页
采用重叠网格与滑移网格相结合的方法,研究在有来流情况下水下机器人的水动力性能和运动控制,通过运用PID控制方法对脐带缆和导管螺旋桨进行联合操纵,能够实现来流情况下的垂向升沉运动以及来流变化情况下水下机器人的深度保持,通过PID... 采用重叠网格与滑移网格相结合的方法,研究在有来流情况下水下机器人的水动力性能和运动控制,通过运用PID控制方法对脐带缆和导管螺旋桨进行联合操纵,能够实现来流情况下的垂向升沉运动以及来流变化情况下水下机器人的深度保持,通过PID方法对尾部螺旋桨进行控制能够较好地调整水下机器人的纵倾角,实现定深情况下机器人姿态接近平衡,也能在升沉运动的复杂工况下使水下机器人全程保持给定的纵倾角度。 展开更多
关键词 水下机器人 导管螺旋桨 水动力 PID控制 姿态控制
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