復(fù)雜邊界二維水流數(shù)值模擬研究與應(yīng)用.pdf

1、二維淺水模型的研究與運用已有相當(dāng)長的歷史，許多成果已經(jīng)應(yīng)用到水利、環(huán)境、港口航道等工程領(lǐng)域中，為工程的規(guī)劃設(shè)計、施工及水域的可持續(xù)發(fā)展提供了重要的指導(dǎo)作用。河道水流，由于岸線蜿蜒曲折、水域長寬尺寸相差懸殊等特點，使水流呈現(xiàn)出明顯的三維特性，通常使用的深度平均的二維數(shù)學(xué)模型不能夠準(zhǔn)確模擬其水力特性。鑒于此，本文提出一種邊界擬合坐標(biāo)技術(shù)，生成邊界處正交的曲線網(wǎng)格，基于此網(wǎng)格系統(tǒng)，通過對曲線坐標(biāo)系下二維淺水模型的修正，實現(xiàn)復(fù)雜邊界水流的數(shù)值模

2、擬。主要研究內(nèi)容如下： 1）采用邊界擬合坐標(biāo)變換技術(shù)來克服復(fù)雜邊界引起的數(shù)值計算困難。針對Thompson和Thomas網(wǎng)格生成法中調(diào)節(jié)函數(shù)存在的問題，提出了一種新的調(diào)節(jié)函數(shù)，生成邊界處正交的曲線網(wǎng)格。 2）近似考慮了彎道環(huán)流引起的橫向動量交換，記入二次流對復(fù)雜水流特性產(chǎn)生的影響，對現(xiàn)有的曲線坐標(biāo)系下平面二維淺水方程進(jìn)行了修正。 3）采用Yanenko空間分步法和ADI算法對平面二維淺水方程進(jìn)行離散求解，求解時對

3、流項采用迎風(fēng)格式；并計入了擴(kuò)散項的影響。 4）采用修正后的淺水模型，利用Visual Fortran編制計算程序，對閘前90°彎道水流進(jìn)行計算并與實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較；對矩形連續(xù)彎道流場進(jìn)行計算并與實測數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。計算結(jié)果與實測資料符合較好，證明該模型具有一定的可靠性和實用性。最后對抽水站進(jìn)水前池水流流態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬，來驗證進(jìn)水前池改造的合理性。 本文的研究成果，為研究流域的泥沙、水質(zhì)及進(jìn)一步研究三維水流等問題奠定了基