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计算模型

HYDROINFO目前包括以下几个计算模型:

1.流域河网与管网模型

(1) 流域河网模型:适用于流域复杂河网的水流泥沙运动的高效计算。流域模型可包括库群、河网、泵站、闸堰、分布入流等。
(2) 管网模型:适用于有压与无压管网的计算。包括了水击及明满流过渡的模拟。
(3) 水面线计算:适用于恒定流问题的水面线计算。结合了遗传算法可以对河道糙率进行自动率定。

2.二维水流泥沙波浪模型

(1) 平面二维水流泥沙:适用于河流、湖泊、河口于海岸的水流、泥沙与污染物扩散的计算模拟。采用非结构化网格下的有限体积离散,包括显示与隐式时间推进,亚格子与代数紊流模型。结合了高分辨率重构,可模拟溃坝、淹没与露摊等复杂流动问题。
(2) 波浪缓坡模型:采用缓坡方程计算波浪的传播变形与绕射反射。
(3) 波能输运模型:适用大范围的风浪传播模拟,计算分析折射与绕射导致的风浪波高波向的变化。

3.三维自由水面流动模型

(1) 三维自由水面模拟:采用分层Euler-Lagrangian计算模式建立了平面上非结构化网格,垂向分层动网格的三维自由水面模型计算模型。模型包括静水压强与动水压强两种计算模式,其中三维动水压强模型可模拟粘性流体下的波浪传播与变形。
(2) 潮流波浪模拟:采用潮流场与波浪场相互作用模型,适用于大尺度问题。

4.多维耦合问题

(1) 河网与平面二维浅水耦合:河网与二维浅水连接计算模型可以提高大尺度流动的计算效率。对于资料缺乏流域可采用一维河网模型,而对地形资料详细且比较关系的区域可采用二维模型。河网与二维浅水连接的分配耦合模型可提高河口及溃堤等复杂水流泥沙问题的计算模拟效率。
(2) 多维模型耦合:多维模型耦合方式的目的是保证计算分析的精度与空间分辨率的前提下,提高计算效率。当采用河网与平面二维浅水及三维自由水面模拟耦合时,重点关心的区域或流态负责区域采用三维模拟,次要区域在水深方向只采用一个分层退化为平面二维问题。

5.泥沙与输运问题

(1) 水流泥沙问题在水库泥沙淤积、河道演变、河口海岸演变等方面具有重要意义。泥沙模型可考虑推移质,悬移质或全沙模型。由于泥沙冲淤导致地形的改变,因此泥沙模型与水流模型是耦合的。
(2) 与水流相关或同水流一同运动输运过程可能包括:温度场、盐度场或COD与BOD等环境水流污染物。

6.波浪传播问题

(1) 近岸波浪传播过程中折射、绕射、反射对港口等沿岸工程具有重大影响。波从深海传入沿岸地区,波浪要素在传播过程中,及其于潮流场与海工建筑物的相互常常是设计中首先需要考虑的问题。
(2) 本系统主要包含二个波浪模型,一个是缓坡方程(Mild Slope)模型,另一个是波能输运模型。其中波能输运模型可以高效地应用于大区域波浪的计算分析。

(3) 数值波浪水池。采用ALE形式动网格Naver-Stokes求解器,模拟造波板运动产生的周期波与孤立波及波浪传播,也适用于其它运动物体的辐射波浪与波流-结构相互作用问题。

7.流动与输运模型

(1) 流动与自由表面问题(VOF):包括二维与三维,恒定流与非恒定流,可压流与不可压流。可以应用VOF方法模拟自由水面问题,并包含了传热与自然对流、相变(结冰与融化)等专门问题。
(2) 流动与传热问题:处理传热,相变与多相流问题
(3) 可压缩流:考虑高速运动气体的压缩性。

8.渗流与稳定模型

(1) 渗流分析:分析地下水的水头分布与浸润线。
(2) 滑弧稳定分析:分析坝体的稳定性,计算安全系数。
(3) 静力有限元分析:分析坝体内的应力与应变分布,计算坝体的剪应力水平,判断坝的稳定性及可能的失稳面,为动力分析中的动模量的计算提供基本数据。
(4) 动力反映分析:分析坝体的地震动力反应,计算在输入地震波作用下,坝体的应力,变形及加速度放大因子,及可能的液化区。

9.降雨径流模型

(1) 坡面径流:采用坡面径流模型计算降雨引起的地表径流过程。
(2) 地下水渗流:采用地下水模型计算地下水渗流过程。
(3) 降雨径流模型:采用水文模型或神经网络分析预报径流过程。

 

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