绪论 1
第一节 研究问题的必要性 1
第二节 与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较 1
第三节 研究成果的主要内容 2
第四节 研究成果的特色 11
第五节 研究成果的创新点 11
参考文献 12
第一篇 水工水力学精细模拟方法研究 17
第一章 引言 17
第一节 现代水力学 17
第二节 水力学数学模型的发展概况 19
第三节 研究方法及主要成果 20
参考文献 21
第二节 雷诺时均方程法 23
第一节 紊流模型理论概述 23
第二章 紊流模型理论 23
第三节 紊流直接数值模拟 35
第四节 紊流的大涡模拟 35
第五节 紊流分形理论研究 40
第六节 小结 45
参考文献 46
第三章 水工水力学紊流数值模拟关键性技术研究 47
第一节 数值离散方法 47
第二节 自由表面的追踪 49
第三节 不规则边界的处理 51
第四节 科学计算可视化与动画制作 53
参考文献 64
第四章 直角坐标系二、三维带自由表面强紊动水流数值模拟 66
第一节 二维水流运动的控制方程 66
第二节 二维数值离散格式 67
第四节 二维计算程式及框图 74
第三节 二维数值稳定条件 74
第五节 三维水流运动控制方程 76
第六节 三维数值离散格式 77
第七节 自由表面的处理及数值稳定性条件 80
第八节 算例 80
参考文献 93
第五章 曲线坐标系垂向二维带自由表面强紊动水流数值模拟 95
第一节 正交曲线网格生成 95
第二节 正交曲线坐标系下水流控制方程 97
第三节 数值离散格式 99
第四节 自由表面的处理 102
第五节 计算步骤 102
第六节 算例 102
参考文献 106
第二节 控制方程 107
第一节 引言 107
第六章 曲线坐标系三维带自由表面紊流的数值模拟 107
第三节 通用微分方程的离散 109
第四节 离散方程的求解 111
第五节 计算中若干问题的处理 113
第六节 算例 114
参考文献 121
第七章 用通度系数法处理非规则边界及其在紊流模型中应用 122
第一节 引言 122
第二节 考虑通度系数后水流的控制方程 122
第三节 考虑通度系数后控制方程离散格式 124
第四节 算例 127
参考文献 132
第八章 结论 133
第二篇 泄洪及消能工的精细模拟 137
第九章 引言 137
第一节 泄洪与消能技术发展概述 137
参考文献 139
第二节 数值模拟在高速水流中的应用 139
第十章 竖井旋流式泄洪洞数值模拟 141
第一节 概述 141
第二节 数值模拟 145
第三节 不同泄量下竖井边壁压强与空化数变化规律的研究 170
第四节 小结 177
第五节 讨论 178
参考文献 178
第十一章 龙抬头式泄洪洞数值模拟 181
第一节 概述 181
第二节 工程简介 182
第三节 模型设计 182
第四节 结果分析 187
第五节 竣工体型数值模拟 199
第六节 讨论 201
参考文献 202
第十二章 轴对称洞塞消能的数值模拟 203
第一节 洞塞消能工的简介 203
第二节 应用程序FAST-2D的简介 205
第三节 单级轴对称洞塞的数值计算结果 207
参考文献 219
第十三章 多级洞塞消能工的布置优化 220
第一节 不同面积比下二级洞塞消能的数值计算结果 220
第二节 布置优化 230
参考文献 234
第十四章 三维非轴对称洞塞的消能计算 235
第一节 程序介绍 235
第二节 三维单级洞塞消能的计算与分析 236
第三节 多级非轴对称洞塞消能的计算与分析 239
参考文献 244
第十五章 结论与展望 245
第一节 总结 245
第二节 进一步的工作 247
第十六章 引言 251
第三篇 水垫塘及河道中水流的精细模拟 251
参考文献 252
第十七章 挑流冲坑数值模拟研究 253
第一节 研究的现状 253
第二节 三维紊流控制方程 254
第三节 控制方程的离散及数值方法 256
第四节 计算域的确定及网格剖分 258
第五节 边界条件及初始条件 259
第六节 数值模拟结果的实验验证 261
第七节 结果分析 263
第八节 结语 270
参考文献 270
第一节 水垫塘复杂流场紊流数学模型开发研究 271
第二节 反拱型水垫塘三维紊流数值模拟与分析 271
第十八章 水垫塘紊流精细模拟 271
第三节 水垫塘水气两相流的数值模拟 275
第四节 向家坝水电站消力池三维流场数值模拟 280
第五节 小湾水电站水垫塘二维流场数值模拟 286
参考文献 293
第十九章 复杂河道水流精细模拟 294
第一节 复式顺直河道漫滩水流计算方法 294
第二节 复式游荡型河道漫滩水流上层流动的基本方程 298
第三节 金马河复式河道漫滩水流计算 303
参考文献 305
第二十章 渠首枢纽河段水流流场计算 306
第一节 研究目的 306
第二节 计算域的确定 306
第三节 数值计算方法 306
第四节 计算结果分析 310
参考文献 313
第三节 算例 314
第二节 控制方程的离散及数值方法 314
第一节 溢流堰过流的数值模拟 314
第二十一章 溢流堰过流的数值模拟 314
参考文献 315
第二十二章 淹没丁坝的大涡模拟 316
第一节 三维水流运动控制方程 316
第二节 大涡模拟（LES） 317
第三节 预测校正算法 318
第四节 算例 319
参考文献 319
第二十三章 尾水河道清淤数值模拟研究 320
第一节 数值计算的目的 320
第二节 泥沙数学模型的基本方程 321
第三节 计算域的确定及边界条件 322
第四节 计算情况 323
第五节 结果分析 323
第六节 结语 328
参考文献 329
第二十四章 总结和展望 330
第四篇 高紊动气液两相流的数值模拟 335
第二十五章 引言 335
第一节 问题的提出 335
第二节 双流体理论及研究途径 335
第三节 数值模拟方法 336
参考文献 337
第二十六章 气液两相流的基本控制方程 338
第一节 基本假定 338
第二节 双流体理论模型及其基本控制方程 341
第三节 气液两相之间的相互作用力 346
参考文献 350
第二十七章 气液两相紊流的紊动特点及其控制方程 351
第一节 紊流中颗粒——流体的互相作用极其度量准则 351
第二节 气液两相紊流的控制方程 352
参考文献 355
第二十八章 高紊动气液两相流的数值模拟 356
第一节 基本解法 357
第二节 不同流型的处理 368
第三节 初边值条件、稳定性条件和计算步骤 369
第四节 数值试验 370
第五节 掺气减蚀的数值计算 372
参考文献 378
第二十九章 单体型挑坎后的掺气水流数值模拟 379
第一节 模型设计 379
第二节 二维计算 382
第三节 三维计算 392
第四节 讨论 399
参考文献 400
第三十章 结论 401
第三十一章 引言 405
第五篇 污水排放工程中近区污染及水流的精细模拟 405
参考文献 407
第三十二章 污水排放的数值模拟分析方法和紊流模型 408
第一节 研究方法概述 408
第二节 紊流的计算模型 409
第三节 数值计算方法 413
参考文献 425
第三十三章 射流和卷流的数值模拟 427
第一节 横流中单孔射流 427
第二节 横流中多孔射流 436
第三节 同流中的单孔表面射流 441
参考文献 446
第三十四章 流动环境中正浮力排放的数值模拟 447
第一节 模型和定解条件 447
第二节 同流中单孔淹没浮力射流的近区特性 451
参考文献 456
第一节 静止环境中负浮力排放 458
第三十五章 负浮力排放的数值模拟 458
第二节 流动环境中负浮力排放 482
参考文献 501
第三十六章 结论 504
第六篇 水电站混流式水轮机水流的精细模拟 509
第三十七章 引言 509
第一节 概述 509
第二节 水轮机数值模拟分析方法和紊流模型 510
第三节 水轮机流动数值模拟的进展 515
第四节 水轮机三维紊流模型和计算研究的发展 516
参考文献 517
第三十八章 混流式水轮机的三维定常紊流计算和性能预估 520
第一节 绪论 520
第二节 水轮机内部流动的计算及分析方法 521
第三节 混流式模型水轮机三维定常紊流计算结果及分析 541
第四节 混流式模型水轮机的数值计算与模型试验对比 554
第五节 混流式原型水轮机三维定常紊流计算 556
第六节 不同叶型水轮机的CFD计算结果比较 568
第七节 结论 580
参考文献 581
第三十九章 大型混流式水轮机的非定常紊流数值模拟和压力脉动预测 582
第一节 绪论 582
第二节 混流式水轮机内的涡旋 585
第三节 非定常流动基本方程和数值计算方法 588
第四节 混流式模型水轮机三维非定常紊流计算 602
第五节 原型水轮机的非定常紊流计算结果及分析 613
第六节 减小尾水管脉动的措施研究 633
第七节 结论 641
参考文献 642
第四十章 混流式水轮机空化流动计算 644
第一节 引论——水轮机中空化现象 644
第二节 三维混合流体完整空化紊流模型 653
第三节 数值求解方法 658
第四节 混流式水轮机三维空化紊流数值模拟 665
第五节 结论 677
参考文献 678
第四十一章 大型混流式水轮机水力设计——流体力学反问题基础 680
第一节 绪论 680
第二节 大型混流式水轮机的参数选择 681
第三节 水轮机水力设计 687
第四节 转轮叶片设计——X形叶片与传统叶片 694
第五节 三峡右岸水轮机水力设计 701
第六节 结论 715
参考文献 716
第四十二章 结论 717
第七篇 工程水力学的反问题研究 723
第四十三章 引言 723
第一节 反问题概述 723
第二节 反问题研究的发展简史 725
第三节 工程水力学反问题的分类 726
参考文献 732
第四十四章 工程水力学反问题的求解方法 733
第一节 解析法 733
第二节 脉冲谱法 735
第三节 离散-优化法 737
第四节 摄动法 738
第五节 控制论解法 739
参考文献 741
第四十五章 工程水力学反问题求解实例 742
第一节 用脉冲谱法确定承压含水层非均质导水系数 742
第二节 地下水污染问题分布参数系统控制论求解方法 749
第三节 脉冲谱-优化法求解源项控制反问题 757
第四节 离散-优化法求解Poisson方程参数控制反问题 763
参考文献 767
第四十六章 结论 768
附录 积分方程所描述的分布参数系统的最大值原理 769