采砂坑演变的立面二维数值模拟研究

发布时间：2016-10-09 19:33

  本文关键词：三维水沙运动及河床变形数学模型研究，由笔耕文化传播整理发布。

《长江科学院》 2011年

采砂坑演变的立面二维数值模拟研究

孙先  

【摘要】：采砂坑演变过程的研究对评估采砂影响、编制采砂规划具有重要意义。 本文利用σ坐标变换和水位函数法求解自由水面,在交错网格上利用有限差分法和分步解法离散控制方程,提出了河床坍塌时河床高程调整的数学处理方法,建立了一种新的立面二维水沙数学模型。利用其水动力学模型模拟微幅波运动,比较模拟结果和理论值,验证了立面二维水动力学模型的可靠性;利用其泥沙模型模拟清水冲刷河床试验,比较模拟值与相应的试验值对立面二维泥沙模型进行了率定。模型验证结果表明,建立的立面二维水沙数学模型能较好的模拟采砂坑的演变过程。 运用率定后的立面二维水沙数学模型模拟了无采砂坑河道的演变过程,分析了泥沙扩散系数和进口悬移质含沙量对河道演变的影响;在此基础上,选取不同的参数,分别模拟了淤积河段和冲刷河段采砂坑的演变过程,成果表明冲刷河段采砂比淤积河段采砂更为不利。

【关键词】：
【学位授予单位】：长江科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TV147
【目录】：

摘要4-5

ABSTRACT5-8

第一章 绪论8-15

1.1 研究意义8-9

1.2 研究现状9-11

1.2.1 立面二维数学模型研究现状9-10

1.2.2 数值模拟采砂河道演变研究现状10-11

1.3 几个重难点问题的处理11-13

1.3.1 计算网格的划分11-12

1.3.2 自由表面的处理12-13

1.3.3 动水压力的求解13

1.3.4 床面泥沙边界条件的给定13

1.3.5 河床坍塌的处理方法13

1.4 研究内容与技术路线13-15

第二章 控制方程及其离散15-32

2.1 笛卡尔坐标系下的控制方程15-16

2.1.1 水流运动基本方程15-16

2.1.2 泥沙输运方程16

2.1.3 河床变形方程16

2.2 σ 坐标系下立面二维水流泥沙运动方程16-18

2.3 控制方程的离散以及求解18-28

2.3.1 计算网格布置18-19

2.3.2 控制方程的离散及其求解19-26

2.3.3 边界条件26-28

2.4 河床坍塌的处理方法28-30

2.5 计算流程图30

2.6 本章小结30-32

第三章 模型验证32-38

3.1 立面二维水动力学模型的验证32-35

3.2 立面二维泥沙模型的验证35-37

3.3 本章小结37-38

第四章 采砂坑演变研究38-58

4.1 无采砂坑河道演变研究38-44

4.1.1 泥沙扩散系数的选择39-41

4.1.2 进口来沙条件对悬移质含沙量分布影响41-42

4.1.3 无沙坑河道的演变过程42-44

4.2 采砂河道演变研究44-56

4.2.1 进口段河床演变45-46

4.2.2 采砂坑附近河床演变46-49

4.2.3 出口段的演变分析49-51

4.2.4 整个采砂坑河道的演变过程51-52

4.2.5 冲刷河段采砂坑的演变过程52-56

4.3 本章小结56-58

第五章 结论与展望58-61

5.1 研究结论58-60

5.2 展望60-61

参考文献61-64

致谢64-65

附录65

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