湍流数值模拟方法及其特点

2012年 秋 季学期研究生课程考核

（读书报告、研究报告）

考核科目 高等流体力学 机电工程学院 机械制造及自动化 高强 12S008123 工学硕士 阅卷人 学生所在院（系） 学生所在学科 学 生 姓 名 学 号 学 生 类 别 考

核结果 湍流的数值模拟

一、流体力学概述

流体力学是研究流体的力学运动规律及其应用的学科。主要研究在各种力的作用下，流体本身的状态，以及流体和固体壁面、流体和流体间、流体与其他运动形态之间的相互作用的力学分支。除水和空气之外，这里的流体还指作为汽轮机工作介质的水蒸气、润滑油、地下石油、含泥沙的江水、血液、超高压作用下的金属和燃烧后产生成分复杂的气体、高温条件下的等离子体等等。它的主要基础是牛顿运动定律和质量守恒定律，常常还要用到热力学知识，有时还用到宏观电动力学的基本定律、本构方程和高等数学、物理学、化学的基础知识。气象、水利的研究，船舶、飞行器、叶轮机械和核电站的设计及其运行，可燃气体或炸药的爆炸，汽车制造，以及天体物理的若干问题等等，都广泛地用到流体力学知识。许多现代科学技术所关心的问题既受流体力学的指导，同时也促进了它不断地发展。

二、数

大气湍流中光传播的数值模拟?

马保科1,2， 郭立新1 吴振森1

（1.西安电子科技大学，陕西西安 710071 2.西安工程大学，陕西西安 710048 ）

摘 要 光在大气湍流中传播时，受大气分子、气溶胶等粒子的相互作用，将发生光束扩展、漂移和相干性退化等大气湍流效应，这些因素严重影响了光波的远场特性。文章从大气湍流中光传播的理论研究入手，分析了如何构造较为合理的大气湍流相位屏。进而采用McGlamery算法，对Kolmogorov谱下的大气湍流随机相位屏进行了数值模拟，并分析了光波从发射机经湍流大气传播到达接收机时的远场变化特性。研究表明，大气湍流的存在对光的远场传播质量造成很大的影响，研究结果也为大气湍流中与光传播相关的工程应用及自适应光学技术的完善提供了参考。 关键词 大气湍流；McGlamery算法；相位屏模拟； 大气结构常数； 中图分类号 TP391 文献标识码 A

1 引言

大气湍流是一个相当复杂的随机媒质系统，虽然物理学界对湍流的研究已经历了相当漫长的历史，但因涉及的因素千头万绪，其间的相互作用和关系也错综复杂，人们对其物理本质至今未能做到较为清楚的认识。因此，光在大气湍流中传播

油藏数值模拟方法流程（新手上路）

油藏数值模拟

实用方法文字

前言：

油藏数值模拟是随着计算机的发展，而在石油行业中逐步成为一门成熟的技术。追溯油藏数值模拟的发展史，从30年代开始研究渗流力学到50年代在石油工业方面得以应用，到70年代进入商品化阶段，而80年代油藏数值模拟又向完善、配套、大型多功能一体化综合性软件飞跃发展。近十年油藏数值模拟已成为油田开发研究，解决油田开发决策问题的有力工具。在衡量油田开发好坏、预测投资、对比油田开发方案、评价提高采收率方法等方面应用都极为广泛。 油藏数值模拟就是应用数学模型再现实际油田生产动态。具体通过渗流力学方程借用大型计算机，结合地震、地质、测井、油藏工程学等方法在建立的三维地层属性参数场中，对数学方程进行求解，实现再现油田生产历史，解决油田实际问题。

油藏数值模拟是一门综合性很强的科学技术，涉及油田地质、油层物理、油藏工程、采油工程、测井、数学、计算机及系统等学科。而油藏数值模拟工作又以其繁重的前期准备和上机历史拟合运算工作让人望而生畏。

那么如何做好前期资料准备工作和尽快掌握模拟技巧？使得今后的油藏数值模拟工作在作业区顺利开展，便是出此书的目的所在。

本书结合以往工作中

波动方程数值模拟技术及其应用

作者姓名: 陈睿 专业班级: 2008050603指导教师: 熊晓军

摘 要

波动方程数值模拟技术在地震勘探中的应用非常广泛，特别是对于碳酸盐岩这一类重要的油气储集层。

本文主要介绍了声学波动方程的基本理论，相位移波动方程数值模拟方法，相位移加插值波动方程数值模拟方法的原理，并且采用相位移加插值的方法进行实际碳酸盐岩模型的数值模拟，根据实际区域的地质剖面猜测初始的地震模型，通过波动方程对该猜测的初始模型进行正演与偏移，再把通过偏移的地震剖面与实际的地震记录剖面对比，反复调整其中的相关参数，更新地质剖面，从而获得更加正确的地质解释模型。对比地质模型与原始的地震资料，从而确定了猜测的正确性，为该地区以后的储层预测、地震资料解释提供了一定的参考价值。

综上的论述，本次研究为相同地震、地质条件下礁滩储层的波场特征认识积累了一些经验，为准确地进行礁滩储层预测奠定了一定的基础。

关键词：相位移 波动方程 数值模拟 偏移

I

Numerical Simulation Technology Of Wave

Equation And Its Application

Abstract:The numer

教学方法的特点及其功能

一、听说法

听说法，又称"口语法","句型法","结构法","军队教学法".这是一种强调通过反复句型结构操练培养口语听说能力的教学法。

听说法有以下特点：

⑴听说领先.注重口语，听说是一切言语活动的基础.口语是第一位的，读写是在听说的基础上派生出来的；初级阶段先练口语，以培养口语能力为主，读写为辅.

⑵反复操练，用模仿，重复，记忆的方法去反复实践，形成自动化的习惯.

⑶以句型为中心.句型是语言教学的基础，也是外语教学的中心，通过句型操练能自动化地运用每一个句型，掌握目的语.

⑷排斥或限制使用母语和翻译，尽量用直观手段或借助于情景，语境，直接用目的语理解和表达.

⑸对比语言结构，确定教学难点，把外语教学的主要力量放在攻克难点上.语言结构对比包括母语同目的语结构的对比分析和目的语结构内部的对比分析.

⑹能及时,严格地纠正学习者出现的错误，培养正确的语言习惯.

⑺广泛利用现代化教学技术手段，如幻灯，录音，电影，电视等，通过多种途径进行强化刺激.。

听说法功能：帮助学生打下良好的语言基础，获得好的语音语调，培养和提高学生的口语听说能力。

二、交际法

交际法，又称“意念法”、“功能法”或“意念-功能法”。它是以语言功能项目为纲，培养在特定的社会语境中运用

数值模拟：让空气质量报告更精细

像天气预报一样，各种媒体每天都会向公众发布其所在城市的空气质量状况。不过，这种空气质量报告的内容一般都是整个城市或者某个城区的空气质量状况。那么，空气质量报告有没有可能更精细一些，甚至细到自己居住的小区的空气质量情况究竟怎样呢？

清华大学教授崔桂香和澳门大学教授王志石等人的研究工作为实现这样的愿望提供了一个可行途径。崔桂香等通过使用一种被称为大涡模拟的现代湍流数值方法，对居民区的空气质量进行研究，发现通过数值计算得到的风场、污染物浓度等数据与模型小区及居民生活小区的实测数据都较为符合。这项研究得到了国家自然科学基金的资助，相关成果发表在《中国科学G辑：物理学、天文学》2008年第六期上。 良好的空气质量是舒适人居环境的主要条件之一。随着城市化和人民生活水平的提高，城市居民区的空气质量问题愈来愈受到重视。但是传统的经验预测或工程估计方法，已经难以满足公众了解自己生活环境的迫切要求。

崔桂香认为，在计算机性能迅速改善的今天，用计算流体力学的新方法研究大气环境成为了经济有效的手段。

“不过，作为城市大气环境的子系统，城市居民小区的大气环境空间范围较小，属于微尺度气象问题，而居民小区大气环境处在大气

数值模拟：让空气质量报告更精细

像天气预报一样，各种媒体每天都会向公众发布其所在城市的空气质量状况。不过，这种空气质量报告的内容一般都是整个城市或者某个城区的空气质量状况。那么，空气质量报告有没有可能更精细一些，甚至细到自己居住的小区的空气质量情况究竟怎样呢？

清华大学教授崔桂香和澳门大学教授王志石等人的研究工作为实现这样的愿望提供了一个可行途径。崔桂香等通过使用一种被称为大涡模拟的现代湍流数值方法，对居民区的空气质量进行研究，发现通过数值计算得到的风场、污染物浓度等数据与模型小区及居民生活小区的实测数据都较为符合。这项研究得到了国家自然科学基金的资助，相关成果发表在《中国科学G辑：物理学、天文学》2008年第六期上。 良好的空气质量是舒适人居环境的主要条件之一。随着城市化和人民生活水平的提高，城市居民区的空气质量问题愈来愈受到重视。但是传统的经验预测或工程估计方法，已经难以满足公众了解自己生活环境的迫切要求。

崔桂香认为，在计算机性能迅速改善的今天，用计算流体力学的新方法研究大气环境成为了经济有效的手段。

“不过，作为城市大气环境的子系统，城市居民小区的大气环境空间范围较小，属于微尺度气象问题，而居民小区大气环境处在大气

地震波数值模拟方法研究综述

在地学领域，对于许多地球物理问题，人们已经得到了它应遵循的基本方程(常微分方程或偏微分方程)和相应的定解条件，但能用解析方法求得精确解的只是少数方程性质比较简单，且几何形状相当规则的问题。对于大多数问题，由于方程的非线性性质，或由于求解区域的几何形状比较复杂，则不能得到解析解。这类问题的解决通常有两种途径。一是引入简化假设，将方程和几何边界简化为能够处理的情况，从而得到问题在简化状态下的解答。但这种方法只是在有限的情况下是可行的，过多的简化可能导致很大的误差甚至错误的解答。因此人们多年来寻找和发展了另一种求解方法——数值模拟方法。

地震数值模拟(SeismicNumericalModeling)是地震勘探和地震学的基础，同时也是地震反演的基础。所谓地震数值模拟，就是在假定地下介质结构模型和相应的物理参数已知的情况下，模拟研究地震波在地下各种介质中的传播规律，并计算在地面或地下各观测点所观测到的数值地震记录的一种地震模拟方法。地震波场数值模拟是研究复杂地区地震资料采集、处理和解释的有效辅助手段，这种地震数值模拟方法已经在地震勘探和天然地震领域中得到广泛应用。 地震数值模拟的发展非常迅速，现在

概论与资料的预处理

数值预报及其产品应用技术

制作人员：曹宁 劣手：曹刚

概论与资料的预处理

大气演变过程的复杂性大气并没有向我们展现出类 似潮汐变化那种类型的周 期性，因此我们无法采用 像潮汐预报那样的方法来 预报天气。我们没有发现 大气在某一特定时刻的状 态不另一时刻的状态之间 存在一系列简单的因果关 系。 Charney, 1951, 运用数值方法的动力预报

非线性 多尺度 多圈层 相变(跃变) 多种强迫和反馈 动力、物理和化学综合Page 2

概论与资料的预处理

气象预报要解决的三方面问题 当前的天气或气候信息 天气或气候的演变规律

从已知预报未来的手段

Page 3

概论与资料的预处理

天气预报 – 数值预报之前

建立在地面与少数 高空观测基础上的主 观技术 极端天气事件的预 报时效很少能超过12 小时 June 15, 1944Page 4

概论与资料的预处理

传统方法的局限

天气学方法(19世纪中叶)

统计学方法客观的需要：客观、定量、准确…….

Page 5

概论与资料的预处理

解决气象问题比较可行的方法是： 把大气的演变规律近似表示为一组数学方程式 根据从有限观测中得到的当前大气的初始状态 在已知或设定的强迫条件(包括边界条

Matlab的离散点曲线导数曲率数值模拟方法

曲率公式：

模拟方法：

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代码:

clc; clear all; close all; x0 = linspace(0, 1); y0 = sin(x0).*cos(x0);

h = abs(diff([x0(2), x0(1)])); % 模拟一阶导

figure; box on; hold on;

ythe1 = cos(x0).^2 - sin(x0).^2; %理论一阶导 yapp1 = gradient(y0, h); %matlab数值近似 plot(x0, ythe1, '.'); plot(x0, yapp1, 'r');

legend('理论值', '模拟值'); title('模拟一阶导'); % 模拟二阶导

figure; box on; hold on;

ythe2 = (-4)*cos(x0).*sin(x0); %理论二阶导 yapp2 = 2*2*del2(y0, h); %matlab数值近似 plot(x0, ythe2,'.'); plot(x0, yapp2,'r');

legend('理论值', '模拟值'); title('模拟二阶导'