MPS方法数值模拟液舱晃荡问题

基于无网格粒子法MPS方法(moving particle semi-implicit method)研究了液舱晃荡问题。针对二维矩形液舱晃荡问题进行了数值验证,结果表明MPS方法能够很好地计算晃荡产生的拍击压力。同时将MPS方法应用到带隔板的液舱晃荡问题计算中,分析了二维和三维带隔板液舱晃荡问题。计算结果表明:隔板的存在很大程度地限制了流体的水平运动,隔板附近出现了自由面的翻卷、破碎和融合现象,MPS方法能够很好地模拟这些流动现象。计算得到的波高与实验测得的波高吻合较好,表明MPS方法模拟带隔板的晃荡问题具有一定的可靠性。     

波浪与抛石潜堤相互作用的MPS法数值模型研究

为了研究波浪与抛石潜堤相互作用过程中大自由表面变形和堤内渗流等强非线性紊流运动问题,利用改进的MPS法,建立了模拟波浪与抛石潜堤相互作用的MPS法数值计算模型。模型将抛石潜堤假定为均质多孔介质,采用Drew的二相流运动方程描述多孔介质内外的流体运动;通过在动量方程中增加非线性阻力项,并引入亚粒子尺度紊流模型,模拟波浪与可渗结构物相互作用过程中的紊流运动。选取“U”型管中多孔介质内渗流过程和孤立波与可渗潜堤相互作用两个典型的渗流问题,通过将数值计算结果与理论解和实测值的对比分析,对所提出的MPS法紊流渗流模型的模拟精度进行验证。结果表明:基于改进的MPS法构建的垂向二维紊流渗流模型可以很好地再现“U”型管中多孔介质内渗流以及波浪作用下可渗潜堤内外的复杂流场,显著缓解流-固界面处的压力震荡与粒子分布不均匀问题,实现了较高的模拟精度。     

边界拟合坐标下流场计算模式

流场数值模拟中，采用曲线坐标法准确模拟计算水域自然边界情形是当今研究的热点之一。本文借助于自然界中某些物理现象中其函数符合椭圆型且必然正交这一特性，建立了曲线坐标系，弥补在笛卡尔坐标系下二维流场模拟的边界贴合不足。应用本模式对我国某一河口水域的潮位和流场进行计算，结果表明；该模式具有物理意义清晰、稳定性良好、精度高等特点，模式对实际工程中流场模拟具一定的应用价值。     

洞庭湖地区水系水动力耦合数值模型

针对洞庭湖地区复杂水系和复杂水情下的实际水流运动特征,建立了完全基于水力学方法的洞庭湖地区水系的一、二维耦合的全局水动力学模型,实现了不同水体数值模拟的自动有机衔接。模型包括湖泊、河网水系两部分。对长江干流荆江段、湘资沅澧四水、三口分流河道,运用能够反映河道主槽和边滩不同行洪特征的扩展一维水量模型进行模拟;对于洞庭湖湖区部分,采用二维非结构的有限体积法建立水动力模型;应用重叠投影法实现模型的耦合。模型具有动边界的自动处理,河道分区计算,分洪、溃堤过程实时模拟等功能。剖分的网格较为细致地刻画了湖区的地形,使模型能够模拟"高水湖相、低水河相"的湖流特征。运用1996年7月的实际洪水过程,进行了模型的验证,较为准确地模拟了实际水流特征。     

基于无网格MPS方法数值分析方舱破舱进水问题

采用移动粒子半隐式法(moving particle semi-implicit,简称MPS)对自由漂浮二维方舱的破舱瞬时进水过程进行数值模拟。首先,采用基于GPU平台自主开发的MPS软件模拟破舱进水问题,并与其他方法得到的数值模拟结果进行对比验证。然后,对该二维方舱的各种模型进行了数值模拟,其中开孔位于不同位置以表示舷侧不同高度下的损坏。此外,还研究了不同类型的挡板对破舱进水后方舱稳定性的影响。结果表明损坏的孔洞和内部挡板会影响损坏舱段的运动特性,开孔距静水面的距离越大引起舱段的横摇等运动幅度越大,垂直挡板比水平挡板对舱内洪水的影响更大。     

吕宋海峡内波传播演化的数值模拟

吕宋海峡生成的内波在往南海西部传播的过程中,具有明显的二维辐射特征,这是传统的一维KdV模式无法刻画的.基于弱二维的KP方程,并结合南中国海吕宋海峡附近内孤立波的观测资料,模拟了潮成内波的演化特征.数值结果较好地反应了内孤立波的二维特征.相比于一维的KdV方程,KP在内孤立波的仿真反演方面具有更大的优势.     

缓坡潮间带海湾的污染物输移扩散数值模拟方法研究

采用在缓坡上设置窄缝的方法,处理由于水位变动而导致计算域相应变化的动边界问题,提出了具有动边界功能的二维对流扩散模型的一种新形式,并将污染源作为移动源处理.所提出的方法已应用到渤海湾污染物迁移扩散模拟中,计算结果与实测值吻合良好.     

台湾海峡风涌浪分离方法研究

受狭管效应的影响，台湾海峡波浪较大且常与涌浪混合存在。涌浪对包括船舶在内的浮式结构物有着重要的影响，而风涌浪分离是研究涌浪特性的必要前提，也一直是研究的热点和困难问题。由于数据的欠缺和观测条件的限制，在风涌浪分离方法中被普遍认可的二维谱方法常常难以使用，如何选择更为精准的一维谱方法往往会成为实际研究和应用过程中必须面对的问题。利用台湾海峡内3个具有二维谱数据的测站，通过将二维谱分离结果作为参考，针对台湾海峡风浪和涌浪的特征，探讨了风涌浪分离一维谱方法在该海域的适用性问题，研究表明风速法相较其他方法精度更好，在这一基础上提出了一种将波谱积分法与风速法相结合的一维谱方法。     

不同TVD 格式对内孤立波数值模拟结果影响研究

为了研究不同TVD格式对内孤立波模拟结果的影响,利用改进后的SUNTANS三维非静压海洋模型,通过理想算例和南海东北部海域内孤立波的模拟,比较分析了求解温盐方程TVD格式的4种经典通量限制函数(superbee, minmod, van Leer和MUSCL)对计算结果的影响。综合理想算例和南海东北部海域模拟结果,在所讨论的4种通量限制函数中,利用MUSCL限制函数所得模拟结果最优,建议在南海东北部海域内孤立波模拟中采用MUSCL限制函数。     

构造分析方法在伸展盆地中的综合运用

为了更有效地研究伸展盆地，论述了目前伸展盆地研究中几种常用软件的方法和原理，包括用于盆地反演研究的一维Airy均衡模型、二维挠曲回剥模型、平衡剖面技术以及用于盆地正演研究的挠曲悬臂梁模型和二维粘弹塑性热-力学数值模拟模型。综合分析了这些方法的原理、优势与不足，在此基础上进一步探讨了不同方法之间的综合运用。其中平衡剖面技术恢复得到的盆地剖面可以为裂谷期构造沉降展布范围提供约束，并与挠曲悬臂梁模型结合可以得到盆地演化过程中不同时期上地壳的伸展减薄情况。数值模拟方法则在以上盆地模拟方法得到的结果约束下，模拟伸展盆地的形成过程进而得到初始地质参数与演化过程。综合利用盆地分析的方法可以对盆地演化有更准确的认识并指导油气资源的勘探与开发。