非結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格下三維淺水流動的數(shù)值模擬.pdf

1、在模擬具有間斷或解梯度較大物理過程時(shí)必須采用高精度的計(jì)算格式.建立了一種基于有限體積法的三維的淺水流動及物質(zhì)輸移數(shù)學(xué)模型.在理論上,模型通過求解深度積分方程計(jì)算水位,作為外模式；通過求解三維淺水運(yùn)動控制方程,計(jì)算流速垂向分布；采用κ-ε紊動模型封閉模型.在計(jì)算方法上,利用隱格式求解三維流速場,以增強(qiáng)數(shù)值穩(wěn)定性；平面上采用無結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格,以適應(yīng)不規(guī)則地形；垂向上采用σ坐標(biāo)系,以簡化表面和底部邊界條件；采用、Osher格式計(jì)算界面數(shù)值通量

2、,使水流模型具有很好的守恒性、逆風(fēng)性、單調(diào)性和高分辨率地捕捉間斷的能力,并且在邊界的處理上不需引入冗余的數(shù)值邊界條件.輸運(yùn)方程采用TVD格式進(jìn)行離散,并引入高階數(shù)值黏性項(xiàng),使模型既可高精度捕捉間斷,又有良好的穩(wěn)定性. 利用模型模擬了一個(gè)圓錐形濃度場在旋轉(zhuǎn)流場中的運(yùn)動.分別采用迎風(fēng)格式、中心格式、TVD格式計(jì)算對流流通量.結(jié)果顯示TWD格式在保持濃度的形狀和精度方面表現(xiàn)最好. 利用模型模擬了因突擴(kuò)引起的明渠回流區(qū)水流運(yùn)動,

3、重點(diǎn)模擬了由剪切層不穩(wěn)定引起的渦的產(chǎn)生、輸移及其被主渦吞并的過程以及對應(yīng)一個(gè)共振周期內(nèi)回流區(qū)流場、水位變化過程；將斷面流速分布的計(jì)算結(jié)果與相應(yīng)的實(shí)測結(jié)果進(jìn)行了比較,結(jié)果表明二者是一致的. 將模型模擬應(yīng)用于一個(gè)平直理想河道,模擬了河道中鹽水與淡水混合的過程.計(jì)算了鹽淡水混合過程中鹽度平面分布以及沿河道中心縱剖面分布；同時(shí)還給出了水位分布和縱剖面速度場.結(jié)果表明模型計(jì)算結(jié)果正確的反映了鹽淡水混合過程中的鹽度分布、水位分布和速度場的情