运动界面模拟技术及在环境分层流问题中的应用
发布时间：2021-07-04 11:07
自然环境水体中的分层流动通常是由温度、主动输运物质（如盐度、泥沙等）或者它们的组合作用诱导产生的。由于各组分对水体密度的贡献以及其自身的扩散特性的差异使得该类分层流动更为复杂。本文从两流体的角度，采用Level Set方法追踪两流体分层界面的运动，对每相流体分别求解，并考虑界面处两流体间的相互作用，模拟了污水排海等分层流问题，详细阐述了海水入侵过程和机理。本文研究的主要成果包括：（1）采用Level Set方法追踪界面的时空变化。本文基于快速行进法和源点扫描法的思想，提出了非结构同位网格下Level Set的实现策略。并通过实例，对Level Set法与VOF法作了比较分析。（2）界面附近网格点密度、扩散系数等物理参数处理，二维三维采用了不同的策略。对二维情形，根据符号距离函数精确计算各网格单元的相体积分布，而后可计算网格单元的密度和扩散系数；对三维情形，直接采用正弦函数光滑处理。对于界面物理量的扩展采用一阶的isobaric fix ghost处理。（3）将密度方程和动量方程统一成一个积分方程，采用梯度重构策略，结合限制器，改进了两流体的SIMPLE（SIMPLEC）算法和人工压缩算...
【文章来源】：河海大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
各种点集示意图
yx，y‘cos(厂(x一x。))sin(二(少一夕。))一二sin(二(x一x。))cos(汀(y一y。))了.、了.、该流场是不可压缩处处守恒的。取x0二0.5，y0一0.5，计算区域为[0，1]‘[0，1]，初始界面为圆心在(0.5，0.3)，半径为0.2的圆周，如图2.8所示。空间步长为0.01，计算时间为15。对于t习S时界面的理论结果既可以通过积分求得，也可以通过单纯拉格朗日粒子法求得:在初始界面上布置大量的粒子，追踪这些粒子的位置，这些密集的粒子显示的图象就是界面的位置。采用单纯拉格朗日粒子法计算的粒子图象如图2.9。/、、刁/\/r/‘、、、、厂\产，.-.J\‘.卜.卜.rL.rL.卜.r‘ 642 000卜\\///\、、、一一︸产\‘\\，z沪j，。:资二一~，_L‘L上_1_一..一‘习L司 020.40.608X图2
运动哪面葵翔炭术决建邓猫第三章主场运动方程的藕合，两相间存在分界面，在模拟两相间的相互物理参数的计算是很重要的。本文采用了两性确定后，密度、扩散系数等可以很方便地处理。计算相流体物理量时，物理量需要向时，采用ghost网格处理技术。计算
【参考文献】：
期刊论文
[1]界面追踪的Level Set和Particle Level Set方法[J]. 谷汉斌,李炎保,李绍武,张庆河. 水动力学研究与进展（A辑）. 2005(02)
[2]基于Level Set的多维双曲守恒律标量方程的激波追踪方法[J]. 封建湖,蔡力,王振海,余红伟. 应用力学学报. 2005(01)
[3]运动激波和气泡串相互作用的初步数值模拟[J]. 陈菲,张梦萍,徐胜利. 计算物理. 2004(05)
[4]Reynolds应力模型在热分层流场中的应用及优化[J]. 陈丽星,姚朝晖,BOTTONI Maurizio. 清华大学学报(自然科学版). 2003(08)
[5]水库温差异重流模型的研究[J]. 邓云,李嘉,罗麟,赵文谦. 水利学报. 2003(07)
[6]基于Mumford-Shah模型的快速水平集图像分割方法[J]. 李俊,杨新,施鹏飞. 计算机学报. 2002(11)
[7]数值模拟界面流方法进展[J]. 刘 全,张晓轶,水鸿寿. 力学进展. 2002(02)
[8]边界元中三维重调和方程的精确积分法[J]. 袁政强,祝家麟. 重庆大学学报(自然科学版). 2002(04)
[9]对水平集方法鲁棒初始化的双向快速步进法[J]. 李俊,杨新,施鹏飞. 系统仿真学报. 2001(S1)
[10]Level Set方法及其在两相流数值模拟研究中的应用[J]. 李会雄,杨冬,陈听宽,罗毓珊,汤敏. 工程热物理学报. 2001(02)
博士论文
[1]温差剪切分层流运动特性试验及数值模拟研究[D]. 褚克坚.河海大学 2006
[2]横向流动条件下多孔水平动量射流掺混特性研究[D]. 肖洋.河海大学 2005
[3]温盐分层流的非结构网格数值模拟[D]. 赖锡军.河海大学 2004
硕士论文
[1]二维浅水水流数值模拟技术研究[D]. 于普兵.南京水利科学研究院 2006
本文编号：3264675
【文章来源】：河海大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
各种点集示意图
yx，y‘cos(厂(x一x。))sin(二(少一夕。))一二sin(二(x一x。))cos(汀(y一y。))了.、了.、该流场是不可压缩处处守恒的。取x0二0.5，y0一0.5，计算区域为[0，1]‘[0，1]，初始界面为圆心在(0.5，0.3)，半径为0.2的圆周，如图2.8所示。空间步长为0.01，计算时间为15。对于t习S时界面的理论结果既可以通过积分求得，也可以通过单纯拉格朗日粒子法求得:在初始界面上布置大量的粒子，追踪这些粒子的位置，这些密集的粒子显示的图象就是界面的位置。采用单纯拉格朗日粒子法计算的粒子图象如图2.9。/、、刁/\/r/‘、、、、厂\产，.-.J\‘.卜.卜.rL.rL.卜.r‘ 642 000卜\\///\、、、一一︸产\‘\\，z沪j，。:资二一~，_L‘L上_1_一..一‘习L司 020.40.608X图2
运动哪面葵翔炭术决建邓猫第三章主场运动方程的藕合，两相间存在分界面，在模拟两相间的相互物理参数的计算是很重要的。本文采用了两性确定后，密度、扩散系数等可以很方便地处理。计算相流体物理量时，物理量需要向时，采用ghost网格处理技术。计算
【参考文献】：
期刊论文
[1]界面追踪的Level Set和Particle Level Set方法[J]. 谷汉斌,李炎保,李绍武,张庆河. 水动力学研究与进展（A辑）. 2005(02)
[2]基于Level Set的多维双曲守恒律标量方程的激波追踪方法[J]. 封建湖,蔡力,王振海,余红伟. 应用力学学报. 2005(01)
[3]运动激波和气泡串相互作用的初步数值模拟[J]. 陈菲,张梦萍,徐胜利. 计算物理. 2004(05)
[4]Reynolds应力模型在热分层流场中的应用及优化[J]. 陈丽星,姚朝晖,BOTTONI Maurizio. 清华大学学报(自然科学版). 2003(08)
[5]水库温差异重流模型的研究[J]. 邓云,李嘉,罗麟,赵文谦. 水利学报. 2003(07)
[6]基于Mumford-Shah模型的快速水平集图像分割方法[J]. 李俊,杨新,施鹏飞. 计算机学报. 2002(11)
[7]数值模拟界面流方法进展[J]. 刘 全,张晓轶,水鸿寿. 力学进展. 2002(02)
[8]边界元中三维重调和方程的精确积分法[J]. 袁政强,祝家麟. 重庆大学学报(自然科学版). 2002(04)
[9]对水平集方法鲁棒初始化的双向快速步进法[J]. 李俊,杨新,施鹏飞. 系统仿真学报. 2001(S1)
[10]Level Set方法及其在两相流数值模拟研究中的应用[J]. 李会雄,杨冬,陈听宽,罗毓珊,汤敏. 工程热物理学报. 2001(02)
博士论文
[1]温差剪切分层流运动特性试验及数值模拟研究[D]. 褚克坚.河海大学 2006
[2]横向流动条件下多孔水平动量射流掺混特性研究[D]. 肖洋.河海大学 2005
[3]温盐分层流的非结构网格数值模拟[D]. 赖锡军.河海大学 2004
硕士论文
[1]二维浅水水流数值模拟技术研究[D]. 于普兵.南京水利科学研究院 2006
本文编号：3264675
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