二流网可视化程序实现文献综述

 2021-09-25 01:16:10

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流网是由渗流场中流线和等水头线交织而成的网络图,它直观地概括了渗流场中的水力要素和特征,从流网中可获取有关评估渗流场特性及工程渗流控制设计所需的水头、水力坡降、渗流速度、渗透压力及通过每一子区域或过流断面上的渗流量等;也可根据流网的变化特征、流线及等水头线的变化形态,来了解和判断渗透水的渗径、历程、场中各子域间的水量互补关系、子域的相对透水性和相对潜在的可能渗透变形区等。

依据二维Darcy渗流场中水头函数、流函数及渗流速度间的内在联系、变分原理和有限元法,先求解水头函数(x,y)的有限元解,再利用水头函数解,将求解流函数ψ(x,y)时的一类边界条件转化为二类边界,解决了快速、高效、高精度地绘制各种二维复杂流网的问题。

在图1中,设曲线AB为渗流场中任一流线段,其上任一点p(x,y)处的渗流速度V 与AB相切,有tanα=□(24dy)/□(24dx)=V_y/V_x(1)或V_x □(24dy)-V_y □(24dx)=0(2)式中α为V 与x轴的夹角,V_x和V_y分别为V 在x和y轴向的分量。

(2)式为描述流线的流线方程,对二维渗流场都适用。

在地下水(假定为不可压缩)的渗流问题中, 有渗流连续性方程(V_x)/x (V_y)/y=0 (3)故流线方程(2)式则为全微分方程ψ(x,y)=∫〖V_x dy-∫〖V_y dx〗〗 (4)或dψ(x,y)=ψ/x dx ψ/y dy=V_x dy-V_y dx (5)得渗流速度与流函数的关系为├ █(V_x=ψ/y@V_y=-ψ/x)} (6)由Darcy定律{█(V_x@V_y )}=-[■(k_xxk_xy@k_yxk_yy )]{█(/x@/y)}(7)及(6)式可得(^2 ψ)/(x^2 ) (^2 ψ)/(y^2 )=(k_yy-k_xx )(^2 )/xy k_xy ((^2 )/(x^2 )-(^2 )/(y^2 ))(8)式中k_xx 、k_xy 、k_yx 〖及k〗_yy为Darcy渗透系数;ψ(x,y)为水头函数。

可见, 当渗流域为各向同性域时〖(k〗_xx=k_yy,k_yx 〖=k〗_xy=0),流函数ψ(x,y)满足Laplace微分方程;当域中介质为各向异性体时〖(k〗_xx≠k_yy,k_yx 〖=k〗_xy≠0),流函数不满足Laplace方程。

再由(6)和(7)式可得ψ/x (k_xx/x k_xy/y) ψ/y (k_yx/x k_yy/y)=0 (9)因此, 当渗流域由各向同性体组成时, 有ψ/x/x ψ/y/y=0 (10)或 ψ=0(11)表明流网中流线与等水头线互为正交, 流网为一正交型曲线网络图。

反之, 在各向异性体渗流场中,(10)或(11)式均不等于0。

即流网流线与等水头线不正交, 流网为一斜交型曲线网络图。

在分析土坝渗流观测资料时, 对于土体透水异向性指标的勘查和测压管中垂直水流属性的了解, 以及渗流量和测压管水位等测定值的取用, 均不能离开流网。

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