曲線坐標(biāo)系下水動力多層積分模型研究及應(yīng)用.pdf

1、環(huán)境污染與環(huán)境保護(hù)是當(dāng)今世界所面臨的嚴(yán)重問題之一。由于工業(yè)的發(fā)展，大量有害于人類和其它生物的工業(yè)廢物(廢水、廢氣、廢渣)和生活污水、農(nóng)業(yè)廢水排入河流、湖泊、水庫與海灣，使天然水體受到嚴(yán)重的污染。為了保護(hù)環(huán)境，防止污染的危害，必須了解這些污染物質(zhì)的擴(kuò)散輸移規(guī)律，就是要探求當(dāng)污染物投放于水體后，由于擴(kuò)散、輸移所造成的污染物濃度隨空間和時(shí)間的變化規(guī)律。 本文基于現(xiàn)代紊流理論、現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算方法建立適合描述水利工程中紊流規(guī)律的非線性數(shù)值模

2、型，即曲線坐標(biāo)系下的多層紊流水動力模型，旨在提高紊流精細(xì)模擬的實(shí)用性，以求有效地解決水利工程中的水流和輸運(yùn)現(xiàn)象的實(shí)際問題。因此，該研究既具有理論意義，又具有工程實(shí)用價(jià)值。 本文的主要研究內(nèi)容： 1)對選題的目的和意義進(jìn)行了論述；對水流與水質(zhì)數(shù)值模擬發(fā)展的現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和評述，并提出了本文的研究問題；對現(xiàn)代紊流理論、數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行了詳細(xì)的綜述、歸納和總結(jié)，并提出了本文采用的模型與方法；對紊流數(shù)值計(jì)算中的關(guān)鍵性技術(shù)問

3、題(離散方法、自由表面位置的確定問題、復(fù)雜邊界的處理方法等)進(jìn)行了詳細(xì)的綜述和研究。 2)本文基于直角坐標(biāo)系和非交錯(cuò)的網(wǎng)格系統(tǒng)，研究了一種模擬三維非恒定明渠紊流的沿層積分?jǐn)?shù)值模型。通過將渠道的實(shí)驗(yàn)資料和計(jì)算結(jié)果的比較看出，多層模型輔助標(biāo)準(zhǔn)深度平均κ-ε模型，可以預(yù)測明渠中的時(shí)勻量和紊動量。水深校正方法可以用來獲得自由表面形狀，避免了“剛蓋”假定，排除了非交錯(cuò)網(wǎng)格系統(tǒng)帶來的計(jì)算振蕩。 3)提出了一種生成邊界處正交曲線網(wǎng)格的

4、新方法，收斂速度快，在復(fù)雜邊界流場區(qū)域的數(shù)值計(jì)算中，有很大的實(shí)用價(jià)值； 4)為了克服復(fù)雜幾何邊界給數(shù)值計(jì)算帶來的困難，提高通用性以及水流的預(yù)測精度，本文采用上述網(wǎng)格生成技術(shù)，在直角坐標(biāo)系三維非恒定明渠紊流的沿層積分?jǐn)?shù)值模型基礎(chǔ)上，發(fā)展了曲線坐標(biāo)系下的多層紊流水動力模型。一般的曲線坐標(biāo)和非交錯(cuò)網(wǎng)格系統(tǒng)的應(yīng)用增強(qiáng)了模型計(jì)算復(fù)雜邊界三維流動的能力。 5)為了提高模擬具有自由表面、受顯著曲率壁面影響的明渠水流的能力，本文對曲線坐