河流流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算及其仿真研究.pdf

1、流場(chǎng)是水文環(huán)境中一種典型的表現(xiàn)形式，在實(shí)際物理現(xiàn)象和工程利用中存在較大的影響。流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算，主要涉及了流體力學(xué)、水文動(dòng)力學(xué)、數(shù)值分析、地理信息系統(tǒng)、計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics，CFD)等多學(xué)科的理論知識(shí)和交叉應(yīng)用。
　　同時(shí)，伴隨著我國航運(yùn)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，航海、航行方面研究不斷跟上腳步。在航海模擬器的設(shè)計(jì)和集成過程中，真實(shí)航行環(huán)境要素的仿真技術(shù)應(yīng)用而生。其中，航行不僅僅定義為沿海、近海

2、、遠(yuǎn)洋航行，也包括內(nèi)河航行。由于內(nèi)河航行模擬器的環(huán)境仿真研究在國內(nèi)外尚處于初步階段，尤其是河流環(huán)境要素中流場(chǎng)的仿真研究較之甚少。本文首先通過不同數(shù)值模型的比較分析，采用FVCOM模型對(duì)河流流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和仿真研究，然后將所得到的流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果應(yīng)用在內(nèi)河航行模擬器中，主要完成了以下工作:
　　完成基本數(shù)據(jù)采集。根據(jù)河流所在區(qū)域的電子海圖，學(xué)習(xí)了電子海圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等知識(shí)，完成了在電子海圖中提取相關(guān)地理數(shù)據(jù)（岸線數(shù)據(jù)、水深數(shù)據(jù)）。

3、　　研究了現(xiàn)有數(shù)值計(jì)算中流場(chǎng)的數(shù)據(jù)類型，流場(chǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分析，以及流場(chǎng)數(shù)值模擬的方法，根據(jù)河流的岸線情況、地形特征，根據(jù)不同數(shù)值模型的優(yōu)缺點(diǎn)比較，采用FVCOM數(shù)值模型進(jìn)行河流的流場(chǎng)計(jì)算。同時(shí)，為了滿足計(jì)算準(zhǔn)確性的要求，用二維（垂向）平均的方程組來計(jì)算二維單層的流場(chǎng)分布情況。
　　采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了適用于FVCOM模型計(jì)算的三角形網(wǎng)格，采用Delaunay方法進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并根據(jù)三角形精度要求，剔除或優(yōu)化了不符合要求的