曲线坐标系下水动力多层积分模型研究及应用

发布时间：2022-10-21 21:04

　　环境污染与环境保护是当今世界所面临的严重问题之一。由于工业的发展，大量有害于人类和其它生物的工业废物（废水、废气、废渣）和生活污水、农业废水排入河流、湖泊、水库与海湾，使天然水体受到严重的污染。为了保护环境，防止污染的危害，必须了解这些污染物质的扩散输移规律，就是要探求当污染物投放于水体后，由于扩散、输移所造成的污染物浓度随空间和时间的变化规律。 本文基于现代紊流理论、现代数值计算方法建立适合描述水利工程中紊流规律的非线性数值模型，即曲线坐标系下的多层紊流水动力模型，旨在提高紊流精细模拟的实用性，以求有效地解决水利工程中的水流和输运现象的实际问题。因此，该研究既具有理论意义，又具有工程实用价值。 本文的主要研究内容： 1)对选题的目的和意义进行了论述；对水流与水质数值模拟发展的现状进行了系统的分析和评述，并提出了本文的研究问题；对现代紊流理论、数值计算方法进行了详细的综述、归纳和总结，并提出了本文采用的模型与方法；对紊流数值计算中的关键性技术问题（离散方法、自由表面位置的确定问题、复杂边界的处理方法等）进行了详细的综述和研究。 2... 

【文章页数】：149 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.2 国内外研究进展、现状分析与研究问题的提出
        1.2.1 研究进展和现状分析
        1.2.2 二维模型研究进展和现状分析
        1.2.3 三维模型研究进展和现状分析
    1.3 研究问题的提出
    1.4 本文的主要内容及创新点
        1.4.1 主要内容
        1.4.2 主要创新点
2 紊流模型理论及控制方程
    2.1 守恒定律
    2.2 时均流方程及其封闭问题
        2.2.1 概述
        2.2.2 紊流的时均(Reynolds)方程
        2.2.3 紊流的性质
        2.2.4 紊流模型的基本概念和分类
    2.3 紊动粘性系数模型
        2.3.1 零方程模型
        2.3.2 单方程模型
        2.3.3 双方程模型
        2.3.4 雷诺应力模型和代数应力模型
        2.3.5 低雷诺数紊流模型
        2.3.6 紊流的双流体模型
    2.4 紊流直接数值模拟
    2.5 紊流的大涡模拟
    2.6 小结
3 数值模拟关键性技术研究
    3.1 数值离散方法
        3.1.1 时间离散
        3.1.2 空间离散
    3.2 自由表面的追踪
    3.3 不规则边界的处理
    3.4 边界拟合坐标变换法
        3.4.1 边界拟合坐标变换基本理论
        3.4.2 生成网格的微分方程法
        3.4.3 网格分布的控制
    3.5 边界处正交曲线网格生成研究
        3.5.1 Thomas曲线网格生成方法
        3.5.2 新调节因子P，Q函数的构造
        3.5.3 方程的离散与求解
        3.5.4 网格生成算例
    3.6 小结
4 直角坐标系下的多层紊流水动力模型
    4.1 引言
    4.2 水流的控制方程
    4.3 沿层积分方程
    4.4 方程的统一形式
    4.5 统一形式控制方程的数值离散与水深校正方法
        4.5.1 统一形式控制方程的数值离散
        4.5.2 水深校正方法
    4.6 模型验证——明渠丁坝绕流紊动特性数值模拟
        4.6.1 实验工况
        4.6.2 计算结果及其分析
    4.7 小结
5 曲线坐标系下的多层紊流水动力模型
    5.1 引言
    5.2 曲线坐标系下的多层紊流水动力模型
        5.2.1 控制方程的转化(ξ-η坐标变换)
        5.2.2 通用方程离散
        5.2.3 水位(压力)校正方程
        5.2.4 边界条件
        5.2.5 模型求解过程
    5.3 模型验证——180°弯道水流紊动特性数值模拟
    5.4 小结
6 曲线坐标系下多层紊流水动力模型的曲率修正
    6.1 引言
    6.2 曲线坐标系下多层紊流水动力模型的曲率修正
    6.3 模型验证
        6.3.1 180°弯道水流紊动特性数值模拟
        6.3.2 连续弯道水流和污染物的扩散输移
    6.4 工程应用
        6.4.1 工程应用1—田市抽水站进水前池水流流态数值模拟
        6.4.2 工程应用2—白石窑水电站工程水流数值模拟研究
    6.5 小结
7 总结与展望
致谢
参考文献
附录
    一.攻读博士学位期间发表的论文
    二.攻读博士学位期间参加的科研项目
    三.攻读博士学位期间获奖情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]非静压假定的σ坐标下垂向二维浅水模型的应用研究[J]. 吴修广,沈永明,王敏,郑永红,杨志峰.  水力发电学报. 2005(01)
[2]大涡模拟理论及其应用综述[J]. 王玲玲.  河海大学学报(自然科学版). 2004(03)
[3]高桩码头对河道流场影响的数值模拟[J]. 李光炽,周晶晏,张贵寿.  河海大学学报(自然科学版). 2004(02)
[4]二维溃坝洪水波演进的数值模拟[J]. 魏文礼,沈永明,孙广才,刘玉玲.  水利学报. 2003(09)
[5]黄浦江干流二维水动力实时数学模型研究[J]. 徐祖信,尹海龙.  水动力学研究与进展（A辑）. 2003(03)
[6]桥渡壅水对河道水位流场影响二维数值模拟[J]. 张细兵,余新明,金琨.  人民长江. 2003(04)
[7]罗索夫斯基弯道环流公式的统一[J]. 宋志尧.  水科学进展. 2003(02)
[8]矩形连续弯道流场简化计算数学模型[J]. 彭凯.  重庆建筑大学学报. 2003(01)
[9]非正交曲线坐标下二维水流计算的SIMPLEC算法[J]. 吴修广,沈永明,郑永红,王平义.  水利学报. 2003(02)
[10]二维明渠非恒定流的格子Boltzmann模拟[J]. 程永光,索丽生.  水科学进展. 2003(01)



本文编号：3696374