非結構三角形網格下三維淺水流動的數值模擬.pdf

1、在模擬具有間斷或解梯度較大物理過程時必須采用高精度的計算格式.建立了一種基于有限體積法的三維的淺水流動及物質輸移數學模型.在理論上,模型通過求解深度積分方程計算水位,作為外模式；通過求解三維淺水運動控制方程,計算流速垂向分布；采用κ-ε紊動模型封閉模型.在計算方法上,利用隱格式求解三維流速場,以增強數值穩(wěn)定性；平面上采用無結構三角形網格,以適應不規(guī)則地形；垂向上采用σ坐標系,以簡化表面和底部邊界條件；采用、Osher格式計算界面數值通量

2、,使水流模型具有很好的守恒性、逆風性、單調性和高分辨率地捕捉間斷的能力,并且在邊界的處理上不需引入冗余的數值邊界條件.輸運方程采用TVD格式進行離散,并引入高階數值黏性項,使模型既可高精度捕捉間斷,又有良好的穩(wěn)定性. 利用模型模擬了一個圓錐形濃度場在旋轉流場中的運動.分別采用迎風格式、中心格式、TVD格式計算對流流通量.結果顯示TWD格式在保持濃度的形狀和精度方面表現最好. 利用模型模擬了因突擴引起的明渠回流區(qū)水流運動,

3、重點模擬了由剪切層不穩(wěn)定引起的渦的產生、輸移及其被主渦吞并的過程以及對應一個共振周期內回流區(qū)流場、水位變化過程；將斷面流速分布的計算結果與相應的實測結果進行了比較,結果表明二者是一致的. 將模型模擬應用于一個平直理想河道,模擬了河道中鹽水與淡水混合的過程.計算了鹽淡水混合過程中鹽度平面分布以及沿河道中心縱剖面分布；同時還給出了水位分布和縱剖面速度場.結果表明模型計算結果正確的反映了鹽淡水混合過程中的鹽度分布、水位分布和速度場的情