基于OpenFOAM的河流入海口水動(dòng)力關(guān)系研究.pdf

1、河流入海口是一個(gè)與廣袤的海洋自由溝通且局部封閉的沿海水體，是江河匯入大海、從陸地到海洋、從淡水到咸水的過(guò)渡地帶。受攜帶有大量泥沙的徑流和潮汐等自然因素的影響形成的河口灣是世界上最具生產(chǎn)力的自然棲息地之一。因而許多有著河流入?？诘暮０冻蔀榱巳祟惥幼∽蠲芗牡胤?，關(guān)于河流入海口的水動(dòng)力機(jī)理的研究也成為人們最為關(guān)注的研究之一。
　　由于河流入海口獨(dú)有的河流與海洋交匯的環(huán)境，其底床泥沙會(huì)對(duì)波浪產(chǎn)生的重要影響，所以研究水流和泥沙的相互作用也

2、成為了入?？诘貐^(qū)港口與航道工程十分關(guān)心的問(wèn)題。自由表面這個(gè)問(wèn)題與船舶行駛的快速性、穩(wěn)定性和操縱性等密切相關(guān)，通過(guò)自由表面的數(shù)值模擬，可以更好地把握水流運(yùn)動(dòng)特性，為船體等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供一定的理論指導(dǎo)，同時(shí)也能增強(qiáng)水利工程的可靠性和穩(wěn)定性。河流從上游到下游，在整個(gè)連續(xù)的流動(dòng)過(guò)程中任何一處都在進(jìn)行著搬運(yùn)與沉積的過(guò)程，到達(dá)入海口時(shí)，在海洋動(dòng)力作用下速度驟然下降，搬運(yùn)的泥沙等會(huì)在河口附近沉積形成三角洲，這也是海岸工程和環(huán)境研究等需要考慮的問(wèn)題。<

3、br>　　OpenFOAM是計(jì)算流體力學(xué)的一個(gè)開(kāi)源軟件包，與大多數(shù)商業(yè)軟件一樣，分為三個(gè)模塊:前處理、求解器、后處理。采用有限體積法來(lái)求解偏微分方程，并根據(jù)C++運(yùn)算符重載的特點(diǎn)，編譯后代碼為微積分方程的描述上大為簡(jiǎn)化，在描述物理問(wèn)題時(shí)更加自然。作為一個(gè)開(kāi)放源代碼的軟件包，OpenFOAM已經(jīng)預(yù)編譯了許多求解器、應(yīng)用工具和模型等，大大提高了效率和用戶程序的可延續(xù)性。所以本文采用OpenFOAM來(lái)求解河流入海口的水動(dòng)力問(wèn)題。
　　基

4、于CFD的開(kāi)源程序庫(kù)OpenFOAM中的interFoam求解器，研究了一個(gè)三維河床兩相自由表面流的數(shù)值模型。運(yùn)用了大波模擬(LES)的湍流模型并使用了流體體積法(VOF)來(lái)追蹤自由表面。為了研究與預(yù)測(cè)入?？谔帄A縫沉積形成有關(guān)的入?？诘牧鲃?dòng)模式，主要研究了關(guān)于雷諾數(shù)和河床斜面的影響。觀察到相同的雷諾數(shù)情況下，斜坡越長(zhǎng)，自由表面波動(dòng)越劇烈，含氧率也跟著提高;相同斜坡長(zhǎng)度時(shí)，雷諾數(shù)越大，自由表面波動(dòng)越劇烈，含氧率相應(yīng)提高。
　　基于O

5、penFOAM的interMixingfoam求解器構(gòu)建了一個(gè)多相流模型，對(duì)河流入?？诤竽噘|(zhì)海岸線上水體在泥質(zhì)海床上的傳播進(jìn)行了數(shù)值研究，同時(shí)對(duì)底泥在海床上的傳播也進(jìn)行了研究。通過(guò)改變底泥粘度、底泥密度和河流進(jìn)口的速度，研究了不同特征參數(shù)的底泥對(duì)水體與底泥在泥床上變化的影響，重點(diǎn)關(guān)注了水體的流動(dòng)的形態(tài)、對(duì)應(yīng)的水泥界面響應(yīng)在其中所起的作用。本文旨在構(gòu)建一個(gè)可適用于一般情況的水體與泥質(zhì)海床相互作用問(wèn)題的數(shù)值模型，用于觀察不同性質(zhì)底泥和不同入