工程水力學(xué)數(shù)值仿真與可視化

前言

工程水力學(xué)數(shù)值仿真與可視化是一門技術(shù)科學(xué)，主要研究和解決水利水電工程建設(shè)中的水力學(xué)問題。作者長期從事計算水力學(xué)和水工泥沙模型試驗研究工作，承擔(dān)了許多工程案例的分析計算，并結(jié)合大量的原型觀測及模型試驗資料，逐步完善計算細則，驗證計算結(jié)果，積累了較豐富的經(jīng)驗。本書出版的目的是將作者多年來的經(jīng)驗、教訓(xùn)與讀者交流，希望對從事工程水力學(xué)的科研、設(shè)計人員以及水力學(xué)專業(yè)的大學(xué)生、研究生的工作學(xué)習(xí)有所幫助，促進大家共同提高解決工程水力學(xué)問題的技術(shù)水平。本書內(nèi)容包括河道水力學(xué)、水電站水力過渡過程和水工水力學(xué)三部分。第一篇介紹了明渠非恒定流運動的基本理論及其簡化方程形式、差分解法、特征線解法、復(fù)式斷面特性與阻力規(guī)律、天然河道恒定流水面線計算、間斷水面線處理、工程應(yīng)用算例等；第二篇概述了水電站水力過渡過程的起因、研究內(nèi)容、控制標準及計算條件，詳細介紹了控制方程、特征線解法與邊界條件、大小波動及水力干擾過程、模型驗證與工程算例、調(diào)壓室特性等，并附有部分子程序和計算框圖。

內(nèi)容概要

本書著重介紹了水利水電工程建設(shè)中遇到的水力學(xué)問題，內(nèi)容涉及河道水力學(xué)、水電站水力過渡過程、水工水力學(xué)三部分，詳細論述了水流運動的基本方程以及與之對應(yīng)的初始邊界條件、數(shù)值分析方法、程序結(jié)構(gòu)設(shè)計、實際工程應(yīng)用舉例及其可視化等?！　”緯碚搰乐?、敘述簡捷、圖文并茂、實用性強，可供從事工程水力學(xué)科研、設(shè)計人員使用，也可供高校相關(guān)專業(yè)師生參考閱讀。

書籍目錄

前言第1章　數(shù)值仿真緒論　1.1水力學(xué)研究的傳統(tǒng)方法　1.2什么是數(shù)值仿真　1.3數(shù)值仿真的意義第一篇　河道水力學(xué)　第2章　明渠非恒定流運動基本方程　　2.1明渠非恒定流基本假設(shè)　　2.2明渠非恒定流方程積分形式　　2.3明渠非恒定流方程微分形式　　2.4附屬關(guān)系　第3章　明渠非恒定流運動特征線解法　　3.1特征線法的物理意義　　3.2特征線法離散方程　　3.3代數(shù)方程系數(shù)的確定　　3.4邊界條件　　3.5初始條件　　3.6模型驗證　　3.7水電站長引水渠道水力設(shè)計算例　第4章　明渠非恒定流運動有限差分解法　　4.1有限差分法的基本概念　　……第二篇　水電站水力過渡過程第三篇　水工水力學(xué)附錄　水力過渡過程參考子程序參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：在水利水電工程設(shè)計中，溢洪道、泄洪洞等是最常見的泄水建筑物，為了確保其體型設(shè)計的合理性和工程運行的安全性，一般都需要水工模型試驗來檢驗。其中率定閘門全開或局開時的泄流能力，觀測堰面、邊墻、底板及挑流鼻坎上的壓力分布，泄槽流速分布及水深，水流空化數(shù)，摻氣量以及摻氣濃度沿程分布等是水工模型試驗的重要內(nèi)容。因為這些水流參數(shù)是設(shè)計確定泄水建筑物堰面曲線、邊墻高度、底板厚度以及挑流鼻坎結(jié)構(gòu)的重要依據(jù)。目前水工模型試驗是優(yōu)化泄水建筑物設(shè)計的重要手段，但模型試驗費工、費時，特別是當(dāng)體型修改后部分觀測內(nèi)容需重復(fù)進行，更加大了試驗周期和成本。和物理模型相比，仿真計算具有以下特點：（1）節(jié)省成本。當(dāng)工程規(guī)模較大時，物理模型必須考慮試驗成本。如河道范圍較大，模型往往占地較大，且放水時間也長，試驗場地和設(shè)備均難以滿足；又如引水式電站的長引水渠道、或長壓力引水隧洞系統(tǒng)，一般橫斷面尺寸最多為10m量級，而長卻達到幾百米甚至數(shù)十公里。既使使用變態(tài)模型設(shè)計，物理模型仍然規(guī)模巨大，成本太高，于是數(shù)學(xué)模型成為必然的選擇。（2）克服測量儀器的局限性。某些模型試驗觀測的內(nèi)容是常規(guī)儀器無法實施的，或者測量精度不滿足工程要求。如脈動壓力傳感器測量的水擊壓力過程線摻雜著結(jié)構(gòu)振動產(chǎn)生的干擾波；旋流泄洪洞、洞塞、孔板、錐形閥等消能工內(nèi)部的流速壓力分布、空腔直徑、風(fēng)速等；挑射水舌的空中形態(tài)、入水角度及對消力塘底板的沖擊壓力；窄縫、寬尾墩、差動鼻坎局部的流速及壓力分布等，常規(guī)儀器還無法觀測。

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