摆式波能转换装置的水动力分析模型* 滕斌，陈文 （大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连 116024） 摘要：基于势流理论分别建立了波浪与摆式波能转换装置作用的频域和时域分析模型，用于求解摆板运动过程、摆板表面压力、活塞作用力和俘获的能量。对于线性活塞模型和小振幅运动假设，开展了时域模型和频域模型的对比计算，验证了模型的一致性和正确性。应用频域模型，开展了活塞阻尼和波浪频率对俘获能量影响的系统研究，给出了转换装置的最佳阻尼和频率范围。对于非线性活塞模型，采用时域模型做了计算分析，给出了摆板运动响应、活塞作用力和俘获能量的时间历程及与波高的关系。 关键词：波能转换装置；摆式；水动力分析；数值模型 1 引言 随着世界能源日趋紧张，海洋能的利用[1]逐渐受到各国重视，波能作为一种绿色、可再生的新能源具有非常广阔的发展空间。目前，许多波能转换装置[2]-[4]相继开发出来，效率较高的装置类型主要有鸭式、振荡水柱式、振荡浮子式、摆式等。其中，摆式波能转换装置具有频率响应范围宽、可靠性好、常海况条件转换效率高、建造成本相对较低等许多优点。芬兰AW-Energy公司开发的WaveRoller式装置[5][6]和英国AquamarinePower公司与女王大学共同研发的Oyster式装置[7]-[9]为常见的两种摆式波能转换装置形式，如图1、图2所示。这类摆式装置主要由摆板、转轴、传动系统部分组成，利用垂直于摆板方向的波浪作用，摆板绕摆轴前后摆动带动传动系统的活塞杆运动，进而将摆板俘获的波能转换为传动系统的机械能，最终通过其它装置将机械能转换为电能。 图1 WaveRoller式图2 Oyster式 对于线性和非线性的传动系统，本文分别建立了波浪与摆式波能转换装置相互作用的频域和时域分析模型，可用于分析摆式波能转换装置的摆板转动幅度、摆板表面的压力、活塞的作用力和俘获的波浪能量。 2 计算方法 2..1 水动力分析的频域势流方法 定义一右手坐标系Oxyz来研究波浪对三维结构物的作用问题，如图3所示，原点在平均静水面上，Z 轴垂直向上为正，X轴为波浪入射方向。物体表面定义为S B，自由水面S F，水平海底S D。 图3 坐标系和计算域定义图 假定流体不可压缩，无粘，运动无旋。速度势满足拉普拉斯方程 20 ?Φ=（1）*作者简介：滕斌（19-），男，教授。Email: bteng@https://www.doczj.com/doc/7f17035368.html,
堤坝溃决洪水演进的理论分析 摘要：崩滑堵江事件在世界范围内，尤其在山区广泛存在。每年因为类似事件 的发生都会至少造成数以千万计人的生命财产受到不同程度的威胁及伤害，崩滑堵江事件及其灾害链已严重影响人类的工程经济活动。因此对于堤坝溃决洪水的演进分析便显得尤为紧迫。本文对洪水演进进行了理论分析，得出了相关结论，为日后的工程实际活动很好地提供了理论指导。 关键词：堤坝溃决；洪水演进；理论分析 Theoretical analysis of flood routing after dam break The natural damming of rivers by landslides is a significant hazard in many areas. Landslide damming is particularity common in mountainous regions.Every year,related events have caused at least tens of millions of people's life and property being threatened and damaged.Debris blocking river events and disasters chain has serious impact on human engineering activity.So it’s necessary to carry on theoretical analysis of flood routing after dam break.This paper has worked on the theoretical analysis,related conclusions have been drawn,which could well provide a theoretical guidance on further engineering practical activity. Key words: dam break;flood routing;theoretical analysis 1.研究目的与意义 崩滑堵江形成的天然堵江(堆石)坝高几米至几百米,其最大坝高比目前世界上已建、在建或拟建的人工土石坝均高;堰塞湖体积从几十万方至上百亿方,大者足以与人工水库相媲美;存在时间由几十分钟至上千年;溃坝后形成的洪水异常凶猛,洪峰高几米至几十米,演进过程中造成严重灾害[6]。 因此, 认识掌握堤坝溃决机理并对堤坝溃决过程进行模拟, 对于建立堤坝溃决的早期预警体系、人员紧急疏散预案和基于风险的堤坝设计方法等都具有重要意义.对于洪水演进进程作理论研究与分析，旨在了解整个发生过程，为实际发生的工程事件提供理论支撑。 2.国内外研究动态
第３９卷第４期 ２０１８年４月哈 尔 滨 工 程 大 学 学 报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏｌ．３９№．４Ａｐｒ．２０１８ 共翼型舵水动力特性的模型试验与数值模拟 刘志华，熊鹰，叶青 （海军工程大学舰船与海洋学院，湖北武汉４３００３３） 摘 要：国际上新型潜艇的尾操纵面设计，采用了将前部稳定翼和后部转动舵组合成完整翼型剖面的共翼型布局 方式。为了研究这种共翼型舵与常规舵在水动力性能上的差异，运用模型试验和数值计算模拟方法，对共翼型舵 和常规非共翼型舵的水动力和流场进行了对比研究与分析。结果表明：共翼型舵在小舵角工况时能够保持舵翼结 合部流线的光顺，舵角５°时共翼型舵总升力比非共翼型舵总升力增加了６５．３％；但在大舵角工况，共翼型舵叶背容 易发生流动分离形成分离涡，导致升力性能变差，舵角２５°时共翼型舵总升力比非共翼型舵总升力减小了９．２％。 在小舵角时，共翼型舵尾流区的流场湍动能较低，流动稳定性更好。 关键词：共翼型舵；水动力测量试验；数值模拟；舵升力；翼升力；舵尾流；分离涡；湍动能；尾操纵面；舵角DOI ：１０．１１９９０／ｊｈｅｕ．２０１７０７０７７ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／２３．１３９０．ｕ．２０１８０１２９．１７３３．０１６．ｈｔｍｌ 中图分类号：Ｕ６６１．１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００６－７０４３（２０１８）０４－０６５８－０６ Model experiment and numerical simulation of the hydrodynamic performance of a conformal rudder ＬＩＵＺｈｉｈｕａ，ＸＩＯＮＧＹｉｎｇ，ＹＥＱｉｎｇ （ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＳｈｉｐａｎｄＯｃｅａｎ，ＮａｖａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷｕＨａｎ４３００３３，Ｃｈｉｎａ）Abstract ：Ｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｎｔｈｅｆｉｒｍｍａｎｅｕｖｅｒａｂｌｅｓｕｒｆａｃｅｏｆａｎｅｗｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｓｕｂｍａｒｉｎｅ，ａｃｏｎｆｏｒｍａｌｌａｙｏｕｔｔｈａｔｉｎｔｅｇｒａｔｅｓｔｈｅｆｒｏｎｔｓｔａｂｌｅｗｉｎｇａｎｄｔｈｅｒｅａｒｒｏｔａｔｉｏｎｒｕｄｄｅｒｔｏｆｏｒｍａｃｏｍｐｌｅｔｅｗｉｎｇ－ｓｈａｐｅｐｒｏｆｉｌｅｗａｓａｐｐｌｉｅｄ．Ｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｎｔｈｅｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｏｎｆｏｒｍａｌｒｕｄｄｅｒａｎｄｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｒｕｄｄｅｒ，ｍｏｄｅｌｔｅｓｔｓａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄａｌｏｎｇｗｉｔｈｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃａｎｄｆｌｏｗｆｉｅｌｄａｎａｌｙｓｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｆｏｒｍａｌｒｕｄｄｅｒｃｏｕｌｄｍａｉｎｔａｉｎｔｈｅｓｍｏｏｔｈｎｅｓｓｏｆｔｈｅｓｔｒｅａｍｌｉｎｅａｔｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈｒｕｄｄｅｒｗｉｎｇａｔａｓｍａｌｌｒｕｄｄｅｒａｎｇｌｅ．Ａｔａｒｕｄｄｅｒａｎｇｌｅｏｆ５°，ｔｈｅｔｏｔａｌｌｉｆｔｆｏｒｃｅｏｆｔｈｅｃｏｎｆｏｒｍａｌｒｕｄｄｅｒｗａｓ６５．３％ｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｎｏｎ－ｃｏｎｆｏｒｍａｌｒｕｄｄｅｒ；ｗｈｅｒｅａｓａｔｌａｒｇｅｒｕｄｄｅｒａｎｇｌｅｓ，ｔｈｅｄｅｔａｃｈｅｄｖｏｒｔｅｘｗａｓｅａｓｉｌｙｄｒｏｐｐｅｄｆｒｏｍｔｈｅｂａｃｋｏｆｔｈｅｃｏｎｆｏｒｍａｌｒｕｄｄｅｒａｎｄｔｈｅｌｉｆｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｅｄ．Ａｔａｒｕｄｄｅｒａｎｇｌｅｏｆ２５°，ｔｈｅｔｏｔａｌｌｉｆｔｆｏｒｃｅｏｆｔｈｅｃｏｎｆｏｒｍａｌｒｕｄｄｅｒｗａｓ９．２％ｓｍａｌｌｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｎｏｎ－ｃｏｎｆｏｒｍａｌｒｕｄｄｅｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｔｕｒｂｕｌｅｎｔｋｉｎｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙｉｎｔｈｅｗａｋｅｚｏｎｅｏｆｔｈｅｃｏｎｆｏｒｍａｌｒｕｄｄｅｒｉｓｌｏｗａｎｄｆｌｏｗｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｓｈｉｇｈａｔｓｍａｌｌｒｕｄｄｅｒａｎｇｌｅｓ．Keywords ：ｃｏｎｆｏｒｍａｌｒｕｄｄｅｒ；ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｔｅｓｔ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｒｕｄｄｅｒｌｉｆｔ；ｗｉｎｇｌｉｆｅ；ｒｕｄｄｅｒｗａｋｅ；ｄｅ－ｔａｃｈｅｄｖｏｒｔｅｘ；ｔｕｒｂｕｌｅｎｔｋｉｎｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙ；ｓｔｅｒｎｍａｎｅｕｖｅｒａｂｌｅｓｕｒｆａｃｅ；ｒｕｄｄｅｒａｎｇｌｅ 收稿日期：２０１７－０７－１７．网络出版日期：２０１８－０１－３０． 基金项目：国家自然科学基金项目（５１２０９２１３）；装备发展部共用技 术预研基金项目（６１４０２４１０１０１０１）；海军工程大学自主立 项（４２５５１７Ｋ２２７）． 作者简介：刘志华（１９８１－），男，副教授； 熊鹰（１９５８－），男，教授，博士生导师．通信作者：刘志华，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｚｈｉｈｕａ９９１１１＠ａｌｉｙｕｎ．ｃｏｍ． 潜艇在水下航行时，要实现水平面上的航行方 向调整和垂直面上的航行深度调整，主要是通过操 纵艉舵、围壳舵（或者是艏舵）来完成的。打舵时， 舵上产生的水动力作用在潜艇艇体上，使潜艇产生 相应的运动变化和航行状态的调整，因此舵的水动力性能对潜艇的操纵性表现有直接的影响。舵的外形及水动力优化是船舶操纵性研究领域的热点问题［１－４］，而对于潜艇操纵面的优化设计，研究者和设计师在开展传统的艉部十子型舵水动力性能优化的基础上［５－６］，提出了Ｘ型舵、Ｈ型舵、木字舵等多种尾操纵面的样式和分离式操舵方法［７－１０］。由于潜艇在水下运动时，要兼顾航行的稳定性和机动性，所以国内外多型潜艇艉操纵面采用了稳定翼加转动舵的组合形式，前部的稳定翼与艇体固连，在提高潜艇万方数据
数值模拟方法与实验方法对比 摘要：科学研究与解决工程问题的基础在于物理实验与实物观测，但是采用实 物模型进行物理实验的研究周期长、投入大，有时甚至无法在实物上进行，如对 天体物理的研究。而现代科学研究方法的核心则是通过观测或实验建立研究对象 的数学模型，基于数学模型进行研究与分析。在数学模型上进行的数值模拟研究 具有研究周期短、安全、投入少等优点，已经成为现代科研不可或缺的工具。 关键词：科学研究；实验；数值模拟 1 数值模拟方法介绍 数值模拟实际上可以理解为用计算机来做实验，其可以形象地再现实验情景，与做实验并无太大区别。数值模拟方法的应用对象分为三个层次： （1）宏观层次：常见的工程建筑、制造设备、零件等； （2）界观层次：材料的微观组织与性能，如金属材料的晶粒度影响其屈服 强度； （3）微观层次：基本物理现象与机理，如金属材料凝固时的结晶与晶粒生 长过程。 宏观与界观层次的数值模拟方法包括：有限差分方法(FiniteDifferenceMethod,FDM)、有限单元法(FiniteElementMethod,FEM)、边界单元 方法(Boundary Element Method,BEM)、有限体积方法(Finite Volume Method,FVM)、无网格方法(Mesh less Method)。 微观层次的数值模拟方法包括：第一原理法(First Principle Simulation)、元胞 自动机方法(Cellular Automata)、蒙特卡洛方法(Monte Carlo Method )、分子动力学方法(Molecular Dynamics)，分为经典方法、嵌入原子模型(Embedded Atom Model)、从头计算(Ab initio calculation)的方法。 虽然在工程技术领域内能使用的数值模拟方法有很多种，但是就其实用性和 广泛性而言，有限单元法是最为突出的。有限单元法的基本原理是将一个连续的 求解域分割成有限个单元，用未知参数方程表征单元的特性，然后将各个单元的 特征方程组合成大型代数方程组，通过求解方程组得到结点上的未知参数，获取 结构内力等需要考察的输出结果。它能很好的适应复杂的几何形状、复杂的材料 特性和复杂的边界条件，加之成熟的大型软件系统支持（比如ANSYS、MARC、NASTRAN），有限元法成为一种应用广泛的数值计算方法。 2 实验方法介绍 科学实验，是人们为实现预定目的，在人工控制条件下，通过干预和控制科 研对象而观察和探索其有关规律和机制的一种研究方法。它是人类获得知识、检 验知识的一种实践形式。 2.1 实验方法的特点 科学实验之所以能优于自然观察而受到人们广泛重视，这是和科学实验本身 的特点密切相关的。 （1）科学实验具有纯化观察对象的条件的作用。 科学实验中，人们可以利用各种实验手段，对研究对象进行各种的人工变革 和控制，使其摆脱各种偶然因素的干扰，这样被研究对象的特性就能以纯粹的本 来面目而暴露出来，人们就能获得被研究对象在自然状态下难以被观察到的特性。
基于AWater Plan2.0海绵城市规划设计案例分析 2017.07.14赖泽辉 联系QQ及邮箱（356290189/356290189@https://www.doczj.com/doc/7f17035368.html,） 示范区背景 示范区为广州东濠涌以西某排水子系统，排水体制为合流制。排水系统收集的雨污水通过下游干管排放至猎德污水处理厂进行处理。系统沿东濠涌有截留管道，暴雨条件下，如果下游干管不能满足排放需要，则系统中雨污水通过截留管道直接排放到东濠涌。 示范区位于广州老城区房屋、道路等硬化下垫面所占比例大，排水标准偏低，暴雨情况下，易出现内涝风险和溢流污染风险。
目的 针对示范区下垫面建设情况，现利用海绵设施对其进行改造，以提高排水系统对雨水调蓄能力，减少内涝和溢流污染风险，减少下游污水处理负荷。使示范区排水标准在内涝、排水系统负载、溢流等指标方面达到5年一遇标准。 工具 利用海绵城市规划与设计辅助软件（AWater Plan2.0）。
静态模型构建 收集整理示范区排水设施、河流、下垫面、地形等数据，利用AWater Plan2.0模型建设功能，考虑排水管道拓扑、汇水区划分、系统网络结构、模型概化等内容，构建示范区水动力静态模型，模型参数采用常用的经验参数。
降雨数据制作 根据地方暴雨强度公式，生成1年一遇、2年一遇、5年一遇、10年一遇降雨数据，降雨历时为2小时。 示范区排水能力现状分析 利用设计降雨对示范区排水系统进行现状评估。现状评估情景包
括1年一遇降雨情景、2年一遇降雨情景、5年一遇降雨情景、10年一遇情景。评估结果如下： 地表径流量 累积径流量
瞬时径流量
数值模型模拟实验报告 实验名称：地震记录数值模拟的褶积模型法实验学院：地球物理学院 学号：2010050603xx 教师：熊高军 姓名：Blackheart--Mike 日期：2010.6.13
实验一 一、实验题目 地震记录数值模拟的褶积模型法 二、实验目的 掌握褶积模型基本理论、实现方法与程序编制，由褶积模型初步分析地震信号的分辨率问题。 三、原理公式 1、褶积原理
地震勘探的震源往往是带宽很宽的脉冲，在地下传播、反射、绕射到测线，传播经过中高频衰减，能量被吸收。吸收过程可以看成滤波的过程，滤波可以用褶积完成。在滤波中，反射系数与震源强弱关联，吸收作用与子波关联。最简单的地震记录数值模拟，可以看成反射系数与子波的褶积。通常，反射系数是脉冲，子波取雷克子波。 （1）雷克子波 （2）反射系数： （3）褶积公式： 数值模拟地震记录trace(t): trace(t) =rflct(t)wave(t) 反射系数的参数由z变成了t，怎么实现？在简单水平层介质，分垂直和非垂直入射两种实现，分别如图1和图2所示。 1）垂直入射：
2）非垂直入射： 2、褶积方法 （1）离散化（数值化） 计算机数值模拟要求首先必须针对连续信号离散化处理。反射系数在空间模型中存在，不同深度反射系数不同，是深度的函数。子波是在时间记录上一延续定时间的信号，是时间的概念。在离散化时，通过深度采样完成反射系数的离散化，通过时间采样完成子波的离散化。如果记录是Trace(t)，则记录是时间的函数，以时间采样离散化。时间采样间距以 t表示，深度采样间距以 z表示。在做多道的数值模拟时，还有横向x的概念，横向采样间隔以 x表示。离散化的实现：t=It× t；x=Ix× x；z=Iz× z或：It=t/ t; Ix=x/ x; Iz=z/ z （2）离散序列的褶积
第25卷第2期2019年4月 （自然科学版） JOURNAL OF SHANGHAI UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE) Vol.25No.2 Apr.2019 DOI:10.12066/j.issn.1007-2861.1928 加肋土工膜与土工布界面模型试验与数值模拟 高俊丽,李厚伟,曹威 (上海大学土木工程系,上海200444) 摘要:针对填埋场沿土工膜与土工布界面易出现滑移失稳的问题,设计了加肋土工膜衬垫系统的室内模型试验.根据正交试验原理,考虑加肋土工膜的加肋形状、加肋高度和加肋间研究了10种试验工况下的衬垫系统沉降.在试验基础上,采用基于离散元理论的颗粒流软件PFC2D进行数值模拟.试验结果表明,加肋间距为175～400mm、肋块高度为4.5～ 6.0mm时存在最优值.数值模拟结果表明,PFC数值模拟能较好地拟合室内模型试验的荷 载-沉降曲线,得出加肋土工膜衬垫系统附近砂土颗粒运行情况和应力变化情况,揭示模型内部颗粒的运动轨迹和加肋土工膜受力机理. 关键词:加肋土工膜;室内模型试验;颗粒流 中图分类号:TU531.7文献标志码:A文章编号:1007-2861(2019)02-0317-11 Experimental research and numerical simulation of interface between ribbed geomembrane and geotextile GAO Junli,LI Houwei,CAO Wei (Department of Civil Engineering,Shanghai University,Shanghai200444,China) Abstract:To study the e?ect of ribbed geomembrane on stability of a land?ll liner system, an indoor model test of the ribbed geomembrane liner system is designed.According to the principle of orthogonal test,considering shape,height and space of the rib,ten test cases are designed to study the settlement of the liner system.Analysis results show that optimal values exist.The optimal rib space is between175mm and400mm,and the optimal rib height is between4.5mm and6.0mm.On this basis,numerical simulation of the model test is carried out using the particle?ow software PFC2D.It has been shown that the PFC simulation can well?t the indoor load-settlement model.The sandy soil particles operation and stress change neared ribbed geomembrane can be obtained.The track and force mechanism of the internal particle in the model are revealed. Key words:ribbed geomembrane;indoor model test;particle?ow code 垃圾填埋场中衬垫系统一般由黏性土和土工合成材料(如土工膜、土工布等)组成.由于土工合成材料间的界面剪切强度往往小于上覆垃圾和土工合成材料界面的剪切强度,填埋场 收稿日期:2017-04-25 基金项目:国家自然科学基金资助项目(40972192) 通信作者:高俊丽(1978—),女,副教授,博士,研究方向为新型土工合成材料在填埋场的应用. E-mail:susan jl@sta?https://www.doczj.com/doc/7f17035368.html,
基于水动力模型的农田水利沟渠特性分析 为了促进农田水利沟渠能够得到畅通的排放，利用水动力模型分析了排放沟渠形态改造前后的流场变化，并通过调查探索整修先后农田水利沟渠内水流速度的快慢，证实了水动力模型在暢通农田水利沟渠中的有效作用。 标签：水动力模型；农田水利沟渠；分析 1 背景简介 在我国某市的风景区中有两个重要的雨污合流排放口，这两个排放口的水流都是依靠沟渠排入某湖的。据相关数据表明，该沟渠大致有320m长，最宽处可达到45m。沟渠呈现出蜿蜒曲折的状态，中间有一小岛。如此的形态布局，经常导致水流通道被堵塞，水流无法正常通行，渠道内部沉积的厚重的淤土泥沙长年没有得到良好的清理，其数量与日剧增。因此，淤泥成为了雨污水中最主要的沉积物，也是湖水最主要的污染源之一。合流制雨污水中存在很大比例的小型颗粒物质。为此，为尽量减少这些固体物质对湖水水体的污染，也为了减少湖底厚重的淤泥淤积，急需动用切实可行的工程措施来对沟渠中的沉淀地进行改造、修整，以期降低颗粒类污染源对湖水的污染。为了使固体颗粒物能够顺利的在沉淀地内下沉，对该流域内的水体流速具有较高的要求。只有流速达到了一定要求，就能在较短时间内使颗粒物沉积下来，为彻底清理区域内的淤泥提供便利。 水动力模型是一种用于描述不同水体、水文特性及流场空间布局规律的数理模型。在探究湖水污染物具体布局的过程中，首先要研究不同类型水体、水文的特殊性质，掌握水体中流场的空间布局特色，为正确把握湖水污染物的具体分布特征打下基础。所以，在分析农田水利沟渠特性时，我们先要利用水动力数学模型对该区域水体特性与流场分布作一定的研究调查。 3 分析水动力学模型RAm2的建立过程 3.1 导入所需要的数据 在RAm2中，除了可以输入文本型数据外，还能输入图形文件，如CIS、CAD、TIFF、JPEG······具体而言，在实际操作中，可以将DWG等各类格式的具体地形利用CAD等图形文件转变为DXF格式的文件，并将这些文件导入到RAm2中，利用软件对其进行散点化处理，为下一步划分网格打下基础。 3.2 合理划分网格 首先，在操作过程中，可以将所要调整的区域利用map模块进行二维有限元网格的划分。接着，将划分完毕的网格切换至mesh模块项下，以便有效的纠正、整改初步划分的有限元网格。在RmA2模型中，其主要边界选用的是四边形网格，而非三角形网格。因此，在进行边界网格划分时，必须采用自动、手动
相似模拟与模型试验在岩土工程中的应用 相似模拟与其它一样是社会生产发展的必然产物。由于社会生产的不断发展，岩土工程所提出的问题日益复杂和繁琐。用数学方法很难得到精确的解析解，只能作一些假设与简化再求解，因而带来一些误差。于是人们不得不通过实验的方法来探求那些靠数学方法无法研究的复杂现象的规律性。但是直接的实验的方法有很大的局限性，其实验的结果只能推广到与实验条件完全相同的实际问题中去，这种实验方法常常只能得出个别量的表面规律性关系，难以抓住现象的内在本质。《相似模拟》正是为解决这些问题而产生的，它不直接的研究自然现象或过程的本身，而是研究与这些自然现象或过程相似的模型， 它是理论与实际密切相结合的科学研究方法，是解决一些比较复杂的生产工程问题的一种有效方法。 一、相似模拟与模型试验的方要研究内容 它是研究自然界相似现象的一门科学。它提供了相似判断的方法。并用于指导模型试验， 整理试验结果，并把试验结果用于原型的理论基础。 二、相似常数 设c 表示相似常数，x 表示原型中的物理量，x ' 表示模型中的物理量，则： i i i x x c ' = 其中i c 表示第i 个物理量所对应的相似常数。 物理量包含于现象之中。而表示现象的物理量，一般都不是孤立的，互不关联的，而是 处在自然规律所决定的一定关系中，所以说各种相似常数之间也是相互关联的。在许多的情况下这种关联表现为数学方程的形式。下面举例说明： 设两个物体受力与运动相似 则它们的质点的运动方程和力学方程均可用同一方程描述，即： 原型的运动方程与物理方程 dt ds v = dt dv m f = ① 模型的运动方程与物理方程 t d s d v ''= ' t d v d m f '' '=' ② 因为两个物体的现象相似，其对应物理量互成比例，即 s c s s =' t c t t =' t c v v =' m c m m =' f c f f =' ③ ①，②，③联合得到 1==c c c c s t v ④
风洞试验与数值模拟 ――北京大学在数值模拟方面的技术进展 一．科学研究的方法： 人类在认识自然、认识科学的过程中，曾经创造出了两种方法，即：理论研究和实验研究。理论研究得出的结论，要经过严格的论证，这是十分必要的，但在工程实践中却难以应用。实验研究，结论清晰、直观，也就是俗话说的“看得见，摸的着”，但它的局限性太大，因而应用范围有限。 上世纪四十年代，电子计算机的横空出世，改变了人类的生活和思想。随着近年来计算机软硬件技术的突飞猛进，以前大量无法解决的工程实际问题，已经可以用新的计算方法来加以解决了。因此，第三种科学研究的方法发展出来了，那就是计算科学的方法（或称为数值模拟、数值计算）。它不仅具有理论研究的严谨性，又具有实验研究的直观性，更加具备极其广泛的应用范围。如今，计算科学在科学研究中所占的比重越来越大，并必将成为今后科学技术发展的主流。 二．什么是“风洞试验”： 风洞，从外观上看酷似一座洞，它是通过产生出可人工控制的气流，对试验模型周围的气体的流动进行模拟，并可量度气
流对物体的作用，以及观察流动现象的一种管道状试验设备。 而风洞试验，是实验研究工程问题的一种方法。它是依据运动的相对性原理，将试验原型同比缩小的模型固定在风洞中，人为制造气流流过，获取各测试点的试验数据，并以此寻找出工程问题的解决方案。 风洞试验主要针对相似模型进行测力试验、测压试验和布局选型试验。 三．风洞试验在“挡风抑尘墙”工程实践中的局限性： “挡风抑尘墙”的作用就是降低露天堆场上方的风速，以达到抑尘效果。这是属于流体力学范畴的一类问题。流体力学是物理学的一个分支，是主要研究流体（包括气体和液体）与其中的物体相互作用的一门科学。 研究流体力学的方法同样有理论研究和实验研究。 在理论研究中，以理论流体力学的基本控制方程组和基本定律为出发点，采用适当的前提假设(如空气的不可压缩性假定)，经过严格的数学推导，求解出方程中的未知量(如压力，速度等)。 鉴于理论流体动力学的基本控制方程组及其边界条件的强烈的非线性特性，只能在几种简单的情况下得到方程组的解析解，在复杂的情况下(如三维流场，复杂外形等)就无法获得解析解，这就决定了理论研究方法在“挡风抑尘墙”研究中具有很多的局限性，工程实践中很难采用这种方法。
水动力水质模型验证咨询方案 北运河是流经北京市东郊和天津市的一条河流，为海河的支流。干流通州至天津也即京杭大运河的北段。古称白河、沾水和潞河。其上游为温榆河，源于军都山南麓，自西北而东南，至通州与通惠河相汇合后始称北运河。为了将水动力水质模拟应用于黑臭水体治理，第一步需要验证水动力水质模型的适用性和准确定。 为此，相关单位在北运河北京段选取一段河流进行物模试验，然后委托北京三易思创科技有限公司进行数值模拟，通过两者对比来验证模型的适用性和准确性。 选取的河段上下游均由闸门控制，可以充分人为控制河道内的水动力条件，同时沿途没有流入的水流和污染负荷，因此可以从一定程度上隔绝其他未知因素的干扰。首先通过控制上下游闸门，将该河段的内水全部放空，然后开启上游闸门放水，并且每日监测从上游至下游沿途一共5个点的流量和水质。 本次数值模拟主要用于验证水动力水质模型的适用性和准确定，因此定义一个水动力+水质问题。使用3EWATER建模工具软件，建立基于Delft3D中Flow 和Waq模块耦合的水动力水质模型。 3EWATER软件中直接整合了国家测绘标准的“天地图”地理底图，同时可以支持通用格式的地图shp文件加载，建模工程师对照底图结合北运河精确轮廓进行了网格绘制。由于Delft3D支持曲面正交网格，因此绘制出的网格能够很好的贴合北运河蜿蜒曲折的河流形态。北运河沿途的底部地形高程通过关键断面实测断面高程分布进行插值处理。完成基本建模后，先对北运河的水动力水质模型进行率定和验证。
北运河曲面正交网格 在完成水动力模型率定和验证后，加入化学需氧量、氨氮、总磷三种水质参数以及对应的水质过程，对水质模型率定和验证。 监测断面氨氮浓度验证 从水动力和水质模型验证的结果来看，基于Delft3D计算引擎的水环境数值模拟软件3EAWTER能够很好的满足城市黑臭水体水动力水质模拟的需要，其结果也得到了相关单位的认可。
基金项目：水利部２０１０年度公益性行业科研专项经费项目：渭河下游洪水演进模拟研究（２０１００１０５９） 摘要 本文以二维洪水演进模拟研究提供的水文数据和三维场景数据为基础，以ｓｋｙｌｉｎｅ为开发平台，进行组件式开发，采用了Ｂ／Ｓ网络体系结构，将水文栅格数据和场景数据集成到可视化系统中，构建了渭河下游洪水演进三维可视化系统，模拟了渭河下游典型洪水的三维动态演进过程，再现了洪水淹没场景，实现了实时汛期查询分析，为防汛管理提供了决策支持。 关键词 Ｓｋｙｌｉｎｅ；洪水演进；三维可视化 中图分类号：ＴＶ１２２ 文献标识码：Ａ 基于ｓｋｙｌｉｎｅ的渭河下游洪水演进三维可视化 系统研究 李茜１骆建文２ （１．陕西省河流工程技术研究中心陕西西安７１００１８；２．西安长庆科技工程有限责任公司陕西西安７１００１８） １引言 渭河是陕西的母亲河， 自三门峡水库修建后渭河下游河道淤积抬高，洪涝灾害频发，渭河下游一直是陕西省防汛的重中之重，渭河洪水灾害的预测、预报工作愈显重要。水沙数学模型能够模拟洪水演进的过程和特点，为洪水的监测、预报和抢险指挥提供参考；同时，水沙数学模型也是数字渭河工程建设的一项关键任务。现在水利科学从不同角度深入探讨利用水沙数学模型及时、准确地预测、预报洪水演进行为。２０世纪９０年代中期，按照国家防办洪水风险图计划，陕西省三门峡库区管理局自主开发了渭河下游洪水风险分析计算模型，但受当时技术水平的限制，洪水演算成果的稳定性、精度及图形显示效果等方面存在许多不足。当前，国家防办大力开展了“全国洪水风险图编制实施方案”，各大流域机构也积极开展了洪水风险图编制工作。作为洪水风险图编制的基础工作，洪水演进三维可视化技术亟待攻破。因此，开展渭河下游洪水演进三维可视化研究，是数字渭河建设的需要，也是流域洪水风险图编制的重要基础，更是按照新时期治水思路推进流域综合管理的一项重要战略举措。随着地理信息系统（ＧＩＳ）技术的发展，以其强大的空间信息处理和分析功能在各个行业间广泛应用。借助其空间处理功能，可以为洪水演进三维 可视化研究提供对多源地表空间信息的综合分析。三维可视化技术能够直观表现洪水发生的过程，因此它是开展洪水演进模拟研究的最佳选择，可以提供计算结果的可视化输出，能够对洪水演进路线、到达时间、淹没水深、淹没范围及流速大小等过程特征进行预测，为洪水灾害预防和防汛抢险提供决策支持。 ２系统总体设计思路 ２．１开发工具选择 洪水演进数学模型的计算结果大多数是以数据文件的形式输出，常规的分析手段，如水位变化过程线、流速（流量）变化过程线、瞬时等深线和瞬时流场图等已不能满足当前数学模型发展和水利信息化的要求，因此有必要利用一些新的技术和手段开发出洪水演进数值模拟结果的三维可视 化系统【１】 。国内外，出现了一些以ＧＩＳ技术 为主流的洪水演进模拟软件，为洪水演进的研究提供了基础，但现有软件都不能够直观、动态模拟流域洪水的三维淹没过程，不能实时提供流域防洪对策。在国内外研究的基础上，比较了各软件的优缺点，选取ｓｋｙｌｉｎｅ系列软件中的ＴｅｒｒａＥｘｐｌｏｒｅｒＰｒｏ作为系统开发工具。作为一款先进、实用的浏览编辑工具，ＴｅｒｒａＥｘｐｌｏｒｅｒＰｒｏ可以真实地浏览三维交互场景，进行编辑、分析、标注等操作，并提供开发组建接口，方便用户根 据需求进行系统定制。２．２技术路线 在二维洪水演进模拟研究的基础上，以二维计算提供的水文数据和三维场景数据为基础，以ｓｋｙｌｉｎｅ为开发平台，采用面向对象的高级编程语言Ｃ＃，利用ＴｅｒｒａＥｘｐｌｏｒｅｒ Ｐｒｏ 中的 ＩＳＧＷｏｒｌｄ６１、 ＩＰｒｏｊｅｃｔＴｒｅｅ６１、ＩＣｏｍｍａｎｄ６１等接口，进行ｓｋｙｌｉｎｅ的组件式开发，采用了目前主流的 Ｂ／Ｓ网络体系结构，将水文栅格数据和场景数据集成到可视化系统中，构建了渭河下游洪水演进三维可视化系统，模拟了渭河下游典型洪水的三维动态演进过程，再现了洪水淹没场景，实现了实时汛期查询分析，为防汛管理提供了决策支持。 ３三维可视化系统构建 ３．１数据来源 水文数据是采用１９５４年、１９８１年、２００３年等典型年历史洪水的水沙资料，根据典型年来水来沙特性、水位流量关系、河床冲淤变化特性，提供洪水演进计算边界条件，然后通过Ｄｅｌｆ３Ｄ软件进行模拟的后缀名为．ｘｙｚ的数据。地形数据是采用西安煤航信息产业有限公司２０１１年的ＤＥＭ数据，并叠加航拍遥感数据，分辨率为０．５ｍ， 上游为１ｍ。３．２数据格式的转换 Ｄｅｌｆ３Ｄ软件模拟生成的后缀名为．ｘｙｚ 陕西水利SH A ANXI SHUILI 科 技 137/138 ２０１４．１
Advances in Environmental Protection 环境保护前沿, 2020, 10(4), 510-515 Published Online August 2020 in Hans. https://www.doczj.com/doc/7f17035368.html,/journal/aep https://https://www.doczj.com/doc/7f17035368.html,/10.12677/aep.2020.104061 Research Progress on Application of MIKE21 Hydrodynamic Model Qing Luo, Lihong Liu, Yumeng Wang Department of Earth and Environment, Anhui University of Science & Technology, Huainan Anhui Received: Jul. 15th, 2020; accepted: Aug. 4th, 2020; published: Aug. 11th, 2020 Abstract MIKE21 model is a reliable means and an important basis for studying the movement of surface water flow. The model simulation of planar two-dimensional water flow is of great significance for the actual water condition verification, hydrological change calculation and future trend predic-tion. At present, many experts and scholars have carried out practical application of multi-angle, multi-level and different fields, and have repeatedly verified the accuracy and fit of the MIKE21 model. This paper mainly reviews the application of MIKE21 hydrodynamic model in river flood analysis, flood evolution in flood storage area, analysis of urban waterlogging risk and impact of water conservancy construction. The hydrological changes, general conclusions and application limitations, which are obtained, are discussed by the model under different simulation conditions. On this basis, it elaborates and summarizes, and forecasts the application and development trend of MIKE21 hydrodynamic model. Keywords MIKE21 Hydrodynamic Model, River Flood, Flood Evolution in Flood Storage Area, Urban Waterlogging, Water Conservancy Construction MIKE21水动力学模型应用研究进展 罗庆，刘丽红，王雨蒙 安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南 收稿日期：2020年7月15日；录用日期：2020年8月4日；发布日期：2020年8月11日 摘要 MIKE21水动力学模型是研究地表水流运动的可靠手段和重要依据，模型关于平面二维水流的模拟，对
MIKE 21 HD FM水动力模型逐步培训教程 目录 1概述 (1) 1.1工程背景 (1) 1.2练习实例的目的 (1) 2创建计算网格 (2) 2.1创建网格前需要注意的问题 (2) 2.2创建?RESUND的计算网格 (3) 2.2.1由原始的xyz数据生成mdf文件 (4) 2.2.2三角边界的调整 (7) 2.2.3模拟区域的三角划分 (8) 3创建MIKE 21 FM水动力模型的输入条件 (13) 3.1生成水位边界条件 (13) 3.1.1把测量水位导入时间序列文件 (14) 3.1.2创建边界条件 (19) 3.2初始条件 (22) 3.3风力作用 (22) 4MIKE 21 FM模型搭建 (23) 4.1FM模型 (23) 4.2模型率定 (37) 4.2.1实测水位 (37) 4.2.2实测流速 (38) 4.2.3模拟与实测结果比较 (39)
概述 本实例是连接丹麦和瑞典的跨海(?resund)工程。 图 1.1 Sound (?resund), 丹麦 工程背景 1994年，哥本哈根和马尔默(Malm?)开始了连接丹麦和瑞典隧道和桥梁的改造项目。该项目执行了严格的环境要求，即隧道和桥梁项目对波罗的海的环境不产生任何影响。这样的要求意味着桥梁和隧道设计的阻流作用小于0.5%，同理，溢流和排放的最大流量也要得到控制。为了达到环境的要求和监理工程施工，建立了一个主要的监测程序。整个监测程序包括40多个水文测站，收集水文、盐度、温度和流场数据。另外还为ADCP 的船载测站和CTD等固定站点进行了广泛的补充测量。监测程序最初于1992年开始并一直持续到本世纪。 由于?resund海域天然水文的多样性和多变性，连接工程的阻流作用只能通过数值模型来评价。而且，?resund的情况需要一个三维模型。所以，利用DHI的三维模型，MIKE 3对?resund整个海域进行模拟，并在其中设置嵌套模型，网格尺寸水平方向由连接工程附近的100米到?resund 较远海域的900米，垂直方向网格尺寸是1米。随后，MIKE 3模型会根据现场测量数据阶段进行率定和验证。 根据监测程序得到的数据，初步选择足以反映?resund海域天然水文多样性的3个月作为模拟的“设计时段”。设计时段用来对连接工程进行详细的规划和优化，并确定需要填充的挖泥量，以达到对环境没有任何影响。 练习实例的目的 练习实例的目的在于通过使用MIKE 21的Flexible Mesh模块为?resund建立水流模型和MIKE 3的水流模型，生成令人满意的率定结果。
相似模拟与模型试验在岩土工程中的应用 相似模拟与其它一样是社会生产发展的必然产物。由于社会生产的不断发展，岩土工程所提出的问题日益复杂和繁琐。用数学方法很难得到精确的解析解，只能作一些假设与简化再求解，因而带来一些误差。于是人们不得不通过实验的方法来探求那些靠数学方法无法研究的复杂现象的规律性。但是直接的实验的方法有很大的局限性，其实验的结果只能推广到与实验条件完全相同的实际问题中去，这种实验方法常常只能得出个别量的表面规律性关系，难以抓住现象的内在本质。《相似模拟》正是为解决这些问题而产生的，它不直接的研究自然现象或过程的本身，而是研究与这些自然现象或过程相似的模型， 它是理论与实际密切相结合的科学研究方法，是解决一些比较复杂的生产工程问题的一种有效方法。 一、相似模拟与模型试验的方要研究内容 它是研究自然界相似现象的一门科学。它提供了相似判断的方法。并用于指导模型试验， 整理试验结果，并把试验结果用于原型的理论基础。 二、相似常数 设c 表示相似常数，x 表示原型中的物理量，x ' 表示模型中的物理量，则： i i i x x c ' = 其中i c 表示第i 个物理量所对应的相似常数。 物理量包含于现象之中。而表示现象的物理量，一般都不是孤立的，互不关联的，而是 处在自然规律所决定的一定关系中，所以说各种相似常数之间也是相互关联的。在许多的情况下这种关联表现为数学方程的形式。下面举例说明： 设两个物体受力与运动相似 则它们的质点的运动方程和力学方程均可用同一方程描述，即： 原型的运动方程与物理方程 dt ds v = dt dv m f = ① 模型的运动方程与物理方程 t d s d v ''= ' t d v d m f ' ' '=' ② 因为两个物体的现象相似，其对应物理量互成比例，即 s c s s =' t c t t =' t c v v =' m c m m =' f c f f =' ③ ①，②，③联合得到 1==c c c c s t v ④