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关键词： 水动力学数值模拟   源项处理技术   数值模拟准确性   数值模拟稳定性   源项改进策略  

摘要： 源项处理技术决定着水动力学数值模拟的准确性和稳定性,其地位不可忽视。这篇文章首先把水动力学数值模拟的流程和关键技术浅尝辄止一番,并把注意力集中在源项处理技术,例如面、体、线源项的基础理念和工作原则进行全面探讨。同时,对各类源项处理技术的应用环境,优点缺点及其差异进行比对分析。明显的,不同的源项处理技术在处理不同数值模拟问题时,具有各自的适合程度,因此,需要针对具体的模拟问题选取合适的源项处理技术。 对现在源项处理技术的疑难和挑战,提出并延伸了几种可能的解决办法和前进方向,如使用预处理技术提升计算精度、运用并行技术提高效率和稳定性等等。这些研究为未来水动力学数值模拟中源项处理技术的发展提供了有益的参考。

关键词： 煤矿涌水   数值模拟   边界条件   非均质性   影响规律   Modflow  

摘要： 【背景】准确预测煤矿涌水量是实现矿井安全开采的重要基础。三维地下水数值模型可用于刻画矿区水文地质条件、模拟涌水动态过程，为科学预测开采涌水量提供了理论依据。然而，目前对于地表水-地下水交互的边界条件和含水层渗透系数非均质性对煤矿开采过程中的涌水量模拟预测的影响程度尚不清楚。【方法】选取典型煤矿作为研究对象，首先构建三维非稳态地下水数值模型，通过开展多情景模拟试验，定量分析降雨入渗补给、非饱和带入渗过程及河流边界设置对模拟的影响，然后通过地质统计学方法构建三维非均质渗透系数场，探讨参数异质性的影响。【结果和结论】在初始模型基础上，仅考虑降雨入渗补给的非均质性时，矿区对平均涌水量降低25.48%，加上非饱和带垂向动力波入渗的影响后，矿区平均涌水量对比初始模型上升18.68%，且涌水量更易呈现周期性波动；当考虑河道与隔水层通过构造破碎带连通时，工作面平均涌水量对比初始模型上升7.51%，且涌水量增长趋势更快；当渗透系数非均质性升高时，涌水量加速增长，同时工作面占矿区平均涌水量的比例逐渐增加到85%～88%，导致矿区集中化涌水，而极端非均质性则使涌水趋于分散，随机非均质渗透系数分布对比均质概化参数，涌水增长趋势更加平缓。所有情景中，考虑河道位于潜水含水层的情景对涌水量影响最小，而河道穿过局部破碎的隔水层、低非均质性参数和考虑非饱和带垂向入渗过程等情景，涌水量与初始模型存在更大差异。研究成果为精准模拟复杂情况下矿区开采时地下水动态变化提供了参考。

关键词： 三轴向织物   弹道冲击   数值模拟   能量吸收   编织织物  

摘要： 为探究高性能织物结构抗弹道侵彻机理，通过数值模拟对三轴向编织织物在弹道冲击下的机理和能量吸收特性进行分析。利用LS-DYNA软件，模拟由Kevlar K49纱线组成的三轴向编织织物在高速弹丸撞击下的响应。结果表明:具有多方向纱线结构(0°，±60°)的三轴向编织织物具有均匀分散应力（0°主纱应力峰值约3.0 GPa，±60°纱线约1.0 GPa）和启动多种能量吸收机制的能力，包括纱线拉伸、显著的纱线间摩擦（贡献约35%的总吸能）和结构脱散，展现出优越的弹道性能（弹道极限速度达到约190 m/s）和更强的能量耗散能力和抗穿透能力；三轴向编织织物动能（34%）、内能（31%）和摩擦能量（35%）的平衡分配，使其在应对高速冲击时更为有效，展现出更广泛的变形区域和更均匀的损伤分布。认为：织物结构在弹道防护中具有关键作用，可为高性能弹道应用中三轴向编织织物的设计和优化提供一定参考。

关键词： 水利工程   钠基膨润土   抗渗材料   持水性能   数值模拟  

摘要： 为了探索钠基膨润土混合土代替黏土作为水利工程防渗材料的可行性，开展一维积水入渗和变水头渗透试验；选取不同黏粒质量分数的基质土，分别掺入不同比例的钠基膨润土，通过观测含水率、累积入渗量、入渗速率及饱和渗透系数，分析钠基膨润土对土体持水性与抗渗性的影响；利用数值模拟模型，模拟入渗过程中的孔隙水压力与累积入渗量以验证试验结果的可靠性。结果表明：膨润土的掺入可显著提升土壤的持水能力与抗渗性能，且基质土黏性越低，所需膨润土掺量越大；砂土、砂壤土、壤土掺入钠基膨润土的质量分数为15%、12%、9%的土样的渗透系数分别为2.23×10-6、4.58×10-6、5.20×10-6cm/s，均小于黏土对照组的6.63×10-6cm/s；钠基膨润土混合土可替代黏土作为防渗材料使用，建议砂土、砂壤土、壤土中掺入钠基膨润土的质量分数分别不小于15%、12%、9%。

关键词： 钢管桩围堰   数值模拟   力学响应   敏感性分析  

摘要： 为研究磴口黄河特大桥钢管桩围堰力学响应及参数敏感性,本文采用数值模拟研究不同钢管桩桩径、内支撑层数及水位高度条件下钢围堰的力学响应,并基于数值模拟结果分析各因素对钢管桩围堰力学响应的敏感性。结果表明:钢管桩围堰最大应力受钢管桩桩径、内支撑层数与水位高度综合影响,其中钢管桩桩径从0.6 m增至1.0 m时,测点3最大应力从195.03 MPa降至128.77 MPa,降幅约达33.9%,但减小幅度逐渐趋缓;内支撑层数从1层增至5层时,测点2最大应力由188.12 MPa降至118.83 MPa,总体降低36.8%,其中第3层之后下降幅度趋于饱和;而水位高度从3 m升至7 m时,测点1最大应力从111.87 MPa增至180.18 MPa,增幅高达61.1%,表现出更强的线性增长趋势;三者对应力影响的敏感性依次为钢管桩桩径大于内支撑层数大于水位高度,设计中应优先优化钢管桩桩径与内支撑层数配置,并高度重视高水位下结构安全性的保障与控制。

关键词： 渡槽   水体晃动   流固耦合   地震响应   弹簧质量模型   反应谱法   数值模拟   振动台试验  

摘要： 针对当前大型渡槽抗震计算需考虑流固耦合作用的影响，进行大量隐式迭代计算，计算难度大且时间成本高的问题。本文基于流固耦合动力学理论，建立了考虑流固耦合作用的渡槽结构简化双自由度弹簧质量模型，利用振型分解反应谱法求解结构地震响应，并与ANSYS有限元时程分析和三跨连续梁渡槽振动台试验结果对比分析。结果表明：在不同墩高和不同水位工况下，本文计算方法可充分考虑水体晃动效应对结构地震响应的影响，并与数值模拟结果和振动台试验结果基本一致，计算简单易行，便于工程推广应用。

关键词： 土石坝   溃口流量   洪水演进   生命损失   经济损失   风险评估  

摘要： 土石坝溃坝洪水风险评估对溃坝应急预案编制和抢险救灾具有至关重要的意义。目前土石坝溃坝洪水流量过程计算时对复杂结构坝体溃决机理考虑较少，溃坝洪水损失评估方法考虑的影响因素不够全面。提出了一个机理-数据双驱动的土石坝溃坝洪水模拟与损失评估方法，可考虑土石坝的溃坝过程、溃坝洪水演进过程，并采用贝叶斯模型定量评估溃坝洪水导致的生命与经济损失。评估方法主要包括3个模块：溃坝过程模拟方法、溃坝演进洪水致灾因子计算方法、生命与经济损失评估方法。并采用该方法对2018年中国射月沟溃坝案例进行反演分析，计算结果与实测值相比，溃口洪水峰值流量、溃口最终尺寸和溃口峰值流量出现时间的相对误差小于15%，淹没区典型断面最高水位的最大误差为-0.21 m，淹没区生命损失结果相近，验证了该风险评估方法计算结果的合理性。研究结果可为溃坝洪水应急防控和防灾减灾提供科技支撑。

关键词： 全金属螺杆泵   运行参数   空化现象   数值模拟  

摘要： 为了探究不同温度、压差、转子转速、油液黏度和间隙值对全金属螺杆泵泵内空化现象的影响,基于PUMPLINX软件进行了空化流场的数值模拟,对不同因素条件下的气相体积分数、空化流场分布规律、湍流动能规律展开研究.结果表明:空化对高温变化极为敏感,温度升高易于空化的产生且温度达到一定程度后,空化程度保持稳定;压差的增大、黏度的降低、间隙值的减小会使螺杆泵空化强度减弱,转速对空化强度作用不明显,但会增加达到稳定状态的时间,1 000r/min比200 r/min所需时间增加了约0.20 s;压差的提高、黏度的增大、间隙值的增加会使湍流动能加强,且频率保持不变,均值和最大脉动幅度增大,转速增大会迟缓(约0.18 s)达到相对稳定湍流状态的时间.运行参数对空化现象的影响分析可以为全金属螺杆泵的优化设计提供参考.

关键词： 涡流发生器   三维扩压器   数值模拟   流动控制   性能评估  

摘要： 为了减少叶轮机械扩压器中的流动分离以便提高其能源效率，本文研究涡流发生器对扩压分离流的控制效果。基于雷诺应力模型（RSM），对比研究了斜坡式（R）、上洗叶片式（Vu）和下洗叶片式（Vd）三种涡流发生器对三维不对称扩压器流场和性能的影响。研究表明，R型和Vu型可有效抑制流动分离并提升压力恢复系数的功能，而Vd型则可能加剧分离现象，导致压力恢复系数下降。在改善扩压器畸变指数方面，R型表现更好。对比16种涡流发生器，发现仅Vu1型能有效提高效率，最优安装高度推测处于h/H <0.2低剖面范围。本研究为扩压器性能优化及涡流发生器设计提供了参考依据。

关键词： 围岩控制   裂隙范围   力学机制   形态特征   数值模拟  

摘要： 巷道开挖后，围岩沿裂隙面的碎胀、剪胀是造成围岩大变形的重要原因，而围岩的碎胀、剪胀与围岩裂隙密切相关；研究巷道开挖后围岩裂隙分布范围，揭示裂隙分布区域边界形态特征对认识围岩变形范围、设计合适的支护方案具有重要意义。因此，为研究巷道开挖后围岩裂隙分布范围，以弹塑性力学及含单结构面岩体滑动力学模型为基础，采用室内试验、理论分析、数值模拟的方法，对巷道开挖后围岩裂隙形成力学机制、裂隙范围形态特征及影响因素进行了系统研究。结果表明：围岩侧压系数对围岩裂隙范围影响较大，相同围岩条件下，当侧压系数较小时，围岩裂隙范围呈圆形、椭圆形分布；当侧压系数较大时，围岩裂隙范围同样较大，且呈蝶形分布；侧压系数不变的情况下，巷道埋深越大，围岩裂隙范围越大；然而，埋深不能改变围岩的裂隙范围形态，只能改变其大小；结构面粘聚力和内摩擦角越小，围岩裂隙范围越大。增加结构面内摩擦角，围岩裂隙范围大幅度减小；而增加结构面粘聚力，围岩裂隙范围减小不明显。围岩应力方向发生变化时，会使围岩的裂隙范围产生旋转，当蝶形裂隙区中的蝶叶部位旋转至巷道顶板时，将会使巷道极易发生冒顶灾害，对巷道稳定维护极为不利。根据相关研究结果提出了“优化应力场分布+主动强化围岩自承能力+动态调控支护体系”的围岩控制思路；使用3DEC-BBM离散元数值模型研究了不同侧压系数下巷道开挖后围岩裂隙分布范围及形态特征，经验证，数值模拟结果与理论分析结果基本一致。