地形扰动和物质交换不确定性对挟沙水流数学模拟的影响

发布时间：2023-04-26 18:05

　　数值模拟已成为研究水流输沙过程不可或缺的常规工具。挟沙水流数值模拟包含五个要素:控制方程、初始条件(如初始地形)、边界条件、数值计算方法和经验关系式(如物质交换经验式),五要素均包含各自的不确定性。本文主要关注初始地形扰动、数值算法和经验关系式三个方面的不确定性,从明渠流到异重流,对其中的不确定性进行了定性、定量分析。具体如下:(1)自然水流地形凹凸不平,但大部分水沙数值模拟都假定了平整、光滑的初始地形。若在平整地形上给以小扰动,则更接近自然条件,但其给数值结果带来的影响尚未可知。本文首先采用明渠流的水沙耦合非饱和输沙数学模型,基于结构网格的有限体积法研究不同初始地形扰动(平整地形上单个小凸起和多个不规则小凸起)对挟沙水流和地形演化的影响,并对比文献Fagherazzi and Sun(2003)非耦合水沙模型在重现自然状态水流底床阶梯状/循环台阶状(cyclic steps)地形形成的模拟差异。结果显示所采用的明渠流数学模型对于可冲刷地形的初始扰动有较好的反馈,并能很好地重现自然条件下的阶梯状地形。但是,所采用的耦合模型与Fagherazzi and Sun(2003)的非耦合模型在...

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致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 挟沙水流研究方法
        1.2.2 挟沙水流数值模拟中地形和物质量化的不确定性
    1.3 本文研究的主要内容
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 章节安排
2 水沙耦合数学模型
    2.1 控制方程
    2.2 数值计算方法
        2.2.1 控制方程的离散
        2.2.2 Slope Limited Centred (SLIC)方法
3 初始地形扰动与CYCLIC STEPS地貌形成研究
    3.1 引言
        3.1.1 背景
        3.1.2 研究现状
    3.2 算例介绍
        3.2.1 经验关系式
        3.2.2 边界与初始条件
    3.3 算例计算分析
    3.4 本章小结
4 泥沙异重流与环境物质交换经验公式适应性
    4.1 引言
        4.1.1 背景
        4.1.2 研究现状
    4.2 算例介绍
        4.2.1 经验公式
        4.2.2 边界与初始条件
    4.3 算例计算分析
        4.3.1 开闸式异重流水槽实验模拟
        4.3.2 恒定入流式异重流水槽实验模拟
    4.4 本章小结
5 总结和展望
    5.1 主要结论
    5.2 工作展望
参考文献
作者简历



本文编号：3801953