運用三維變密度不可壓計算流體力學方法對微型y形沖擊射流進行流動結構研究.結果表明:入射角度和入射速度是影響流場結構和混合效果的兩個重要因素,分別存在有最佳入射角度和入射速度.我們發現在射流角度等于90°、射流速度為中速時,其流場結構最利于混合,因為此時射流的接觸面積最大.另外,射流速度越大,其分割強度值也越大,因此混合性能也越差.當速度太大時,會使兩股流體的接觸面破碎而散落在空間中,使其不再接觸,因此對分子間的擴散和混合不利.

采用三維水動力學模型,借助非結構網格重構地形,開展了金沙江干流山區水庫通航流態的數值模擬研究。以攀枝花河段為例,選取不同的來流條件進行了模擬,重點關注了水深、流速、平面流場和典型彎道的環流結構等水動力學特性,進一步對河段可能的礙航點進行了分析。計算結果表明:在一定的出流邊界條件下,河道水深整體呈沿程遞增趨勢,基本可滿足三級航道標準；同時某些流量級下,局部卡口、突擴和彎道河段可能出現礙航流態。研究結果可為金沙江梯級水庫群聯合調度提供技術參考。

采用三維水動力學模型,借助非結構網格重構地形,開展了金沙江干流山區水庫通航流態的數值模擬研究.以攀枝花河段為例,選取不同的來流條件進行了模擬,重點關注了水深、流速、平面流場和典型彎道的環流結構等水動力學特性,進一步對河段可能的礙航點進行了分析.計算結果表明:在一定的出流邊界條件下,河道水深整體呈沿程遞增趨勢,基本可滿足三級航道標準;同時某些流量級下,局部卡口、突擴和彎道河段可能出現礙航流態.研究結果可為金沙江梯級水庫群聯合調度提供技術參考.

在運用數學模型對水流流場進行模擬時,僅依靠一維或二維模型還無法兼顧部分模擬區域的真實水力學變化,因此有必要展開流場三維模擬。利用流體力學軟件flow-3d,建立分層水庫近壩區的浮力流三維數值模型,對近壩段水流結構以及水電站下泄水溫進行精確模擬。分析了相同水溫分層條件下,不同浸沒高度、不同流量對下泄水溫的影響,同時對比了同一下泄流量不同出流方式的下泄水溫差異。結果表明:在相同水溫分層條件下,流量越大,最大吸入高度越大,取水口可以吸入更接近表層溫度較高的水體;在最大吸入高度以上只改變淹沒深度,取水口前流場基本不發生變化,對下泄水溫影響很小;復雜三維地形可以改變水體的流線,對下泄水溫影響很大。

基于n-s方程、rngk-ε模型和有限差分法建立了潰壩洪水分析的三維數學模型,進行了潰壩洪水通過直角彎道的模型試驗,并將計算值與實體模型試驗結果中洪水的實測值進行對比,結果表明渠道內洪水位的計算值與實測值高度吻合,流速大小與方向也基本一致.為進一步研究潰壩洪水沖刷問題,在水流模型的基礎上加入了泥沙模型,并采用槽寬突變渠道中潰壩洪水沖刷的模型試驗進行驗證,驗證結果表明洪水水位的實測值與數值模擬計算值吻合較好,沖刷完成后的沖刷坑深與堆丘高度也基本一致,說明所建的泥沙模型在研究潰壩洪水泥沙沖刷問題時有較好的準確性與實用性.

本文采用數值模擬方法預測由近地三維流動風引起的建筑物的表面風壓。文中運用一種擴展的ｋ－ε紊流封閉模型，導得了穩態流動風的統一形式的控制微分方程。采用控制容積法對微分方程作了離散，ｓｉｍｐｌｅｃ壓力校正迭代算法實現了非線性離散化方程的求解。實例計算與分析比較表明，本文的模擬方法改善了對建筑物側風面和頂面風壓值的預測。

本文采用數值模擬方法預測由近地三維流動風引起的建筑物的表面風壓。文中運用一種擴展的ｋ－ε紊流封閉模型，導得了穩態流動風的統一形式的控制微分方程。采用控制容積法對微分方程作了離散，ｓｉｍｐｌｅｃ壓力校正迭代算法實現了非線性離散化方程的求解。實例計算與分析比較表明，本文的模擬方法改善了對建筑物側風面和頂面風壓值的預測。

應用巖心、測井和動態生產資料,采用"模式預測,分級控制"的砂體內部構型研究方法,對高含水后期密井網條件下曲流河砂體沉積單元、沉積微相、單一河道砂體、單一河道內部點壩砂體以及點壩內部構型進行了分級描述,精細研究了曲流河砂體內部構型,建立了點壩砂體側積夾層的規模、產狀定量分布模式,確定了描述側積夾層產狀的傾向、傾角、延伸和水平間距4個參數。在此基礎上,采用序貫指示模擬與人機結合再處理的方法建立了小網格三維儲層構型模型及參數模型,進行了實際區塊的曲流河砂體內部構型三維地質模型油藏數值模擬。根據層內數值模擬的結果總結出高含水后期密井網條件下曲流河砂體內部4種剩余油分布模式,并提出相應的層內挖潛措施。研究結果表明,薩北油田主力油層曲流河砂體單一河道寬度為200～800m,點壩長度為120～500m,側積夾層傾角為7°～10°,可延伸至河道砂體的2/3左右。采用完善單一河道內部注采關系及挖潛點壩之間剩余油的方式設計的北x-4-144井取得了較好挖潛效果,為油田開發后期層內剩余油精細挖潛提出了依據。

分岔隧道是一種新的隧道建設型式,它一般由四車道大拱隧道或連拱隧道逐漸過渡到上下行分離式雙洞隧道,因此它同時具備標準間距的分離隧道、小凈距隧道、連拱隧道以及四車道大拱隧道等多種結構型式隧道的特點。結構型式一般分為大跨襯砌段、雙連拱襯砌段、加強襯砌段和一般襯砌段4種斷面型式。作為一種新的隧道建設型式,目前國內尚不多見,缺乏可供參考的設計、施工經驗。由于分岔隧道型式的特殊性和復雜性,施工難度和風險均較大,因此,研究施工圍巖的穩定性有著非常重要的意義。本文基于連續介質模型,通過大型有限元軟件abaqus,主要對施工過程進行數值仿真模擬,著重分析研究大拱與連拱過渡段和連拱以及小凈距過渡段施工過程中的圍巖變形和破壞特性,并得出結論,為設計施工提供參考依據。

采用rngκ-ε紊流模型與vof方法對散粒體滑坡涌浪進行數值模擬；通過與已有文獻的試驗結果對比分析；發現數值模擬得到的滑坡體水下初始堆積形態與試驗結果吻合較好；且波幅計算精度較高；基于此；建立了某山區河流型水電工程庫區的三維模型；模擬了碎土石滑坡涌浪在庫區內的生成與傳播過程；并分析了涌浪的波幅和波速特征；研究結果表明；通過數值模擬獲得的涌浪波幅和傳播速度等參數；可以為大壩安全評估和滑坡涌浪災害影響范圍預測提供一定的科學依據；還可為通航河流航行船舶的避險范圍提供參考；

隨著三維可視化技術的發展，三維仿真中地質建模技術越來越受到重視，本文闡述了catia軟件在水利工程建立地質模型的應用過程，詳細介紹了此軟件在建立地質模型時的操作步驟、流程、相關命令功能和技巧。主要通過visualbasic語言編程和catia軟件的逆向工程模塊，首先利用visualbasic語言編程提取地形圖信息，將點云數據信息導入catia，使用dse、qsr、partdesign等工作臺建立工程區的三維地質模型。發現catia軟件能夠快速、簡捷地建立地質模型，而且直觀、真實地反映出地形、地貌特征。因此將這種成熟的地質建模技術引入水電行業是可行的，并將具有廣闊的前景。

利用cfd軟件fluent對多級導葉式清水離心泵的內部流場進行了數值模擬,得出了葉輪及導葉內部流道的速度和壓力分布規律,并發現了葉輪進口回流,出口的二次流動特征等葉輪內部流動的細節,導葉出口區產生了一個低壓區等流動特征。然后根據自編計算軟件利用計算得到的速度場數據計算出泵的揚程、功率、效率和流量之間的關系曲線,并與試驗數據進行了比較。結果表明:在設計工況附近,預測值與試驗值吻合較好,在其它工況點,特別是小流量工況點,誤差較大。

應用ls-dyna3d軟件對某地下工程改擴建中施工爆破作業進行了三維數值模擬,分析了圍巖與襯砌中爆炸應力波的傳播特征,指出了原有洞室混凝土襯砌的破壞主要為施工爆破誘發的反射拉伸波使襯砌拉應力超過混凝土抗拉強度所導致拉裂破壞,且破損現象主要發生在洞室的側墻部位,為控制襯砌破損的進一步發展,建議采用臺階法開挖,計算表明臺階法開挖能明顯改善襯砌拉應力水平和質點振速。

建立包括雙線盾構隧道、凍土帷幕、聯絡通道以及泵房在內的三維數值模型,模擬了地層凍結、聯絡通道開挖和支護的整個過程。分析了聯絡通道以及泵房開挖對凍土帷幕、初支護和主隧道的影響。從而,確定了初支護及凍土帷幕的受力最不利位置和發生最大變形的位置,并提出相應的控制指標。

針對突擴跌坎應用于高速泄流的深孔中其破壞原因眾說不一的問題,通過對亭子口水利樞紐底孔突擴方案的三維數值模擬研究,分析了突擴跌坎型的壓強分布、流速分布、底空腔和側空腔的形態及整個流態分布,并進行了物理模型試驗驗證。結果表明,該突擴跌坎方案布局合理、有效,且物理模型試驗與數值模擬結果吻合。

本文根據支流改道工程河道水流的特點結合通航水流條件研究特性,建立三維河道數學模型,對某水電站支流改道工程對下游通航水流條件影響進行了數值模擬研究,研究成果表明:支流改道后,隧洞出口水流對下游航道的影響范圍有限,僅對出口附近局部區域內水流存在一定影響,且其水位、流速、流向變化值較小,支流改道工程對下游引航道及其連接段的水流條件無明顯影響,由于數模中支流出口水流采用斷面流速不均勻系數來概化模擬隧洞出口水流,所以建議設計在支流出口處加設消力墩等措施使隧洞出流與主河道水流平順銜接,增加工程安全裕度。

利用標準k-ε雙方程湍流模型,采用vof法追蹤自由水面,應用瞬態piso算法求解壓力速度耦合的方法,采用結構化網格并在溢流壩頂進行網格加密,模擬計算了七孔溢洪道流場的三維水力特性,得到了設計工況的泄流能力、水面曲線、速度場。通過物理模型試驗驗證,兩者結果吻合較好。

應用final程序對水布埡馬岸高邊坡進行了數值模擬研究,分別研究了清江水布埡南昌市陡邊坡整體三維應力場,位移場特征,考慮了巖體結構總體上硬下軟、為層分布等重要特征,研究了邊坡巖體內進行地下洞室開挖后邊坡力學狀態的改變,基于削坡是水布埡馬岸主陡國的重要整治措施之一,研究中進行了各種分步開挖工況下的削坡有效性定量研究,對重要工況同時進行了vi度地震作用下的動力作用分析。

為預測閘壩下游局部沖刷坑形態和發展,基于fluent動網格技術對當卡水電站下游局部沖刷進行了三維數值模擬。采用vof水-氣界面追蹤方法來處理閘壩下游沖刷坑內復雜的自由液面,將床面瞬時剪切應力作為泥沙起動及運輸的水動力學條件,計算出不同方向上床底泥沙單寬體積輸沙率,以此為基礎得到河床高程坐標的瞬時變化;采用改進的泥沙起動臨界剪切應力計算公式,有效地避免了床面坡度接近泥沙休止角時造成的輸沙率數值計算的異常;采用彈簧光順模型及局部網格重構模型實現了閘壩下游局部沖刷坑的三維演化過程。通過分析對比沖刷坑最終形態表明,數值模擬值與模型試驗實測值吻合良好,說明數學模型計算準確,結果可信。

為預測閘壩下游局部沖刷坑形態和發展,基于fluent動網格技術對當卡水電站下游局部沖刷進行了三維數值模擬。采用vof水-氣界面追蹤方法來處理閘壩下游沖刷坑內復雜的自由液面,將床面瞬時剪切應力作為泥沙起動及運輸的水動力學條件,計算出不同方向上床底泥沙單寬體積輸沙率,以此為基礎得到河床高程坐標的瞬時變化;采用改進的泥沙起動臨界剪切應力計算公式,有效地避免了床面坡度接近泥沙休止角時造成的輸沙率數值計算的異常;采用彈簧光順模型及局部網格重構模型實現了閘壩下游局部沖刷坑的三維演化過程。通過分析對比沖刷坑最終形態表明,數值模擬值與模型試驗實測值吻合良好,說明數學模型計算準確,結果可信。

清江水布埡水電站是清江上游擬建的一個特大型水電工程，馬崖高邊坡位于水布埡峽谷出口右側，總體地質結構具上硬下軟特征，電站導流洞及尾水洞將從馬崖高陡邊坡坡腳穿出，地下開挖主要在軟巖層中。應用ｆｉｎａｌ及ｒｏｃｋｙ程序對水布埡馬崖高陡邊坡巖體地下開挖進行數值模擬，研究了邊坡巖體內進行地下洞室開挖后邊坡力學狀態的改變及洞室巖體（含巖柱）的穩定性，基于削坡是水布埡馬崖高陡邊坡的重要整治措施之一，研究中進行了各種分步開挖工況下的削坡有效性定量研究，重要工況還同時進行了ｖｉ度地震作用下的動力作用分析。

青島屬于土巖組合地層,青島地鐵淺埋或超淺埋大斷面暗挖工程在國內外都少見,施工難度和風險較大,無本工程類似經驗。本文對青島地區土巖組合——\"上軟下硬\"地層大跨度淺埋暗挖車站的施工進行三維數值模擬研究,對車站在開挖過程中圍巖的變形狀態進行分析,對現場施工作業具有一定的指導意義。