非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格數(shù)值計(jì)算格式的研究及其在環(huán)境水力學(xué)中的應(yīng)用.pdf

1、水動(dòng)力效應(yīng)對(duì)污染物在水體中的輸運(yùn)發(fā)揮了重要的作用，因此倍受從事水環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域研究者的關(guān)注。而數(shù)值模擬是目前解決這類問題的有力手段之一。近些年，貼合幾何邊界能力極強(qiáng)的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格在水環(huán)境數(shù)值模擬中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，并逐漸成為環(huán)境水力模擬中的主流方法之一。但是對(duì)非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格下的高精度數(shù)值模擬還尚不成熟。因此，建立計(jì)算精度較高，數(shù)值穩(wěn)定性能良好的計(jì)算格式是一項(xiàng)十分迫切與有意義的研究課題。 本文從該類研究的難點(diǎn)入手，首先提出了水流及物

2、質(zhì)輸運(yùn)模擬中兩種適合于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格計(jì)算的高階對(duì)流項(xiàng)計(jì)算格式，并以污染物對(duì)流擴(kuò)散方程等算例為平臺(tái)分別研究了它們的數(shù)值特性。針對(duì)以污染物擴(kuò)散輸運(yùn)為主的湖泊、水庫(kù)以及平原河網(wǎng)等水動(dòng)力較弱的水域，深入研究比較了多種擴(kuò)散通量計(jì)算方法，并指出簡(jiǎn)化法向?qū)?shù)法和超松弛校正法最合適擴(kuò)散通量的計(jì)算。為進(jìn)一步提高計(jì)算效率，還提出了非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格下忽略交叉擴(kuò)散項(xiàng)的壓力校正算法，并在二維、三維非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格下與其它多種壓力校正算法作了比較。結(jié)果表明，忽略交叉擴(kuò)散項(xiàng)的壓力校

3、正法是非常值得推薦的一種算法。緊接著將提出的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格高精度數(shù)值方法應(yīng)用于湄洲灣潮流和污染物輸運(yùn)以及丁壩繞流模擬當(dāng)中。而在后者的應(yīng)用中還提出的新的水深平均二維顯格式代數(shù)應(yīng)力模型，并和傳統(tǒng)的顯格式代數(shù)應(yīng)力模型以及к-ε紊流模型進(jìn)行了比對(duì)，結(jié)果表明建立的新的代數(shù)應(yīng)力模型具有更好的預(yù)測(cè)結(jié)果。針對(duì)復(fù)雜分層環(huán)境下的污染物輸運(yùn)規(guī)律，建立了新的顯格式被動(dòng)標(biāo)量通量代數(shù)應(yīng)力模型，并將該模型與計(jì)及浮力效應(yīng)的顯格式雷諾應(yīng)力代數(shù)模型相結(jié)合導(dǎo)出了高階格式下的湍浮