山区河流平面二维泥沙数学模型

发布时间：2017-07-18 08:34

  本文关键词：山区河流平面二维泥沙数学模型

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【摘要】：数值模拟作为河流模拟领域的一个重要手段,已经在实际应用中发挥了越 来越大的作用。传统的一维模型可以给出长河段的长期变形,并已经成功用于 水库长期淤积计算、河道长期变形计算等。但对于复杂河道、弯道冲淤变化, 深潭和浅滩的演变、水工建筑物附近的局部冲淤等问题,一维模型显得束手无 策,这些问题的解决在数值模拟上有赖于平面二维或三维泥沙数学模型。三维 模型计算复杂,速度较慢,二维模型的优点就凸显出来。传统的平面二维模型 主要应用于河口、海湾、湖泊以及下游河段等宽浅水域,而能够用于山区河流 计算的模型并不多。本文根据山区河流的特点,对传统的二维模型进行改进, 建立了山区河流平面二维推移质数学模型。由于山区河流边界复杂极为不规则, 本文采用了贴体坐标网格剖分求解域,在边界附近保持网格的正交性,又可以 控制网格的疏密,保持网格的平滑。对贴体坐标系下的水流控制方程采用有限 差分 ADI 法离散,对离散化后的方程组用追赶法求解。该方法稳定性好,运算 速度快,同时占用内存少。在边界处理上采用“冻结”法,该方法可以方便的 处理水边线问题,同时又可以使计算连续,不会带来流量的损失。模型中还对 地形、水深等进行了平滑、概化,可以避免深潭、浅滩等急变形给模拟带来较 大的误差。泥沙模型中,将床面按可动层分层来计算,可以方便地计算各层泥 沙级配。根据非均匀沙的特点建立非均匀沙起动切应力公式,将其引入二维模 型计算,使模型能够用于非均匀沙的计算。 对岷江都江堰外江河段进行了流场和推移质冲刷模拟计算。并与实验资料 WP=4 四川大学硕士学位论文 山区河流平面二维泥沙数学模型 进行了对比,结果表明该模型能够用于山区河流的计算。此外还尝试性的采用 CFD 商业软件 Fluent 的欧拉固液两相流模型对万源州河、沱江金堂河段进行了 推移质模拟研究。与实验结果对比分析表明两相流模型能够用于推移质计算, 但在建体、边界处理等问题上还需要进一步研究。
【关键词】：山区河流 推移质 平面二维 数学模型
【学位授予单位】：四川大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TV149
【目录】：

• 摘 要3-9
• 第1章 绪 论9-28
• 1.1 概述9-11
• 1.2 历史及现状11-23
• 1.2.1 一维泥沙数学模型研究综述11-13
• 1.2.2 平面二维泥沙数学模型研究综述13-22
• 1.2.3 三维泥沙数学模型研究简述22-23
• 1.3 本文研究的主要内容23
• 参考文献23-28
• 第2章 二维曲线正交网格的生成28-38
• 2.1 概述28-30
• 2.2 贴体坐标网格的生成基本原理及方法30-35
• 2.2.1 基本原理30-34
• 2.2.2 生成方法34-35
• 2.3 生成网格示例35-36
• 2.4 小结36
• 参考文献36-38
• 第3章 河道平面二维流场计算38-72
• 3.1 概述38
• 3.2 二维流场计算基本原理38-42
• 3.3 控制方程数值解法及程序流程42-61
• 3.3.1 方程的离散42-54
• 3.3.2 初值及边界条件的处理54-57
• 3.3.3 迭代计算的收敛准则57
• 3.3.4 水深及地形的概化57-58
• 3.3.5 程序编制及流程58-61
• 3.4 计算实例及验证61-70
• 3.5 小结70-71
• 参考文献71-72
• 第4章 推移质数学模型基本理论研究72-87
• 4.1 概述72
• 4.2 非均匀推移质起动特性研究72-81
• 4.2.1 影响因素复杂性分析72-73
• 4.2.2 泥沙起动标准73-74
• 4.2.3 床沙条件对泥沙起动的影响74-77
• 4.2.4 非均匀沙起动切应力公式的推导77-80
• 4.2.5 公式的验证80-81
• 4.3 非均匀推移质输移特性研究81-84
• 4.3.1 影响因素复杂性分析81-82
• 4.3.2 推移质输移特点82-83
• 4.3.3 研究方法及特点83-84
• 4.4 小结84-85
• 参考文献85-87
• 第5章 山区河流推移质冲淤计算87-102
• 5.1 概述87
• 5.2 推移质冲淤计算模式87-91
• 5.2.1 基本方程87-88
• 5.2.2 数值计算方法88-91
• 5.2.3 初、边界条件91
• 5.3 程序编制及流程91-92
• 5.4 算例92-94
• 5.5 达州州河万源段、沱江金堂段的数值模拟94-101
• 5.6 小结101
• 参考文献101-102
• 第6章 结 论102-104
• 作者在读期间科研成果简介104-105
• 声 明105-106
• 致 谢106

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