河口海岸水動力及懸移質泥沙運動數(shù)值模擬.pdf

1、上海交通大學博士學位論文河口海岸水動力及懸移質泥沙運動數(shù)值模擬姓名：張景新申請學位級別：博士專業(yè)：流體力學指導教師：劉樺20060101卜海交通大學博1：學位論文摘要本文基于傳統(tǒng)的相平均模型，引入了描述波浪繞射的繞射因子。通過與實驗的驗證及某些已有理論結果的比較，證明這一繞射因子的引入對于模型應用范圍的拓寬起了很重要的作用。與此同時應該注意到在河口、海岸水域中，波浪并非獨立存在的，而往往是波流共存的。對于潮流與波浪的耦合，本文采用波浪輻

2、射應力的概念，在水流模型中引入波浪的作用效應。傳統(tǒng)的波浪輻射應力的計算(L0nguetHiggins，1976)基于水深平均模型。在三維流動模型中，需要給出輻射應力的垂向分布。本文采用了一種波浪輻射應力的計算模式，給出其垂向分布，同時將之改寫為盯坐標的形式，便于在潮流模型中直接引入。在潮流模擬中引入波浪作用，一個重要的問題就是床面應力的計算。波浪存在的一個直接表現(xiàn)就是床面應力顯著增加，床面應力的增加不僅對流場結構有一定影響，同時對于泥沙

3、運動的作用更為重要。長期以來，波流共同作用下的床面應力計算已經得到了足夠的重視，本文中對常見的計算方法作了總結。泥沙運動的復雜性體現(xiàn)在泥沙性質的復雜，如粘性沙、非粘性沙的性質存在著很大的差異。通常泥沙自身顆粒的大小、組成成份等決定著泥沙的某些特性。簡單的概括為泥沙起動、落淤、沉速及輸移等幾方面的性質。這些不僅與泥沙自身的物理化學性質相關，還與所處的水域條件緊密相關，如海水的含鹽量對粘性細顆粒泥沙絮凝起著很重要的作用，而泥沙絮凝沉降又是河

4、口攔門沙形成的一個重要因素。鑒于泥沙性質的復雜性，其諸多性質的研究常常需要借助于一定的實驗手段。本文重點研究泥沙運動的數(shù)值模擬方法，并對泥沙某些性質的數(shù)學描述給出簡要的分析。在此基礎上，結合潮流、波浪模型，針對懸移質泥沙建立了三維泥沙輸運模型。進而采用有限差分法進行數(shù)值求解，并采用現(xiàn)有的實驗資料檢驗模型的適用性及模擬精度。通過數(shù)值模擬，本文給出了流、波作用下泥沙輸運的定性描述，著重闡述了波流共同作用對泥沙運動的主要影響，包括床面應力的增