河口海岸三維水沙運(yùn)動(dòng)的間斷有限元模型研究.pdf

1、三維數(shù)學(xué)模型是解決復(fù)雜條件下水沙運(yùn)動(dòng)的重要手段之一,在河口海岸工程泥沙問(wèn)題的研究中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。本文基于間斷有限元方法建立了河口海岸三維水沙數(shù)學(xué)模型,數(shù)模結(jié)果與典型問(wèn)題的解析解和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較,證明了所建模型的可靠性和合理性。進(jìn)一步利用該模型對(duì)黃驊港海域水沙運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了模擬研究,分析了泥沙運(yùn)動(dòng)和航道淤積變化規(guī)律。本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)基于新型數(shù)值方法—間斷有限元方法,建立了波流共同作用下的三維水動(dòng)力

2、數(shù)學(xué)模型,在該模型中考慮了垂向變化的輻射應(yīng)力、波浪破碎引起的水滾效應(yīng)、波浪產(chǎn)生的附加紊動(dòng)效應(yīng)以及波流共同作用下的底部切應(yīng)力。選取典型算例對(duì)所建模型進(jìn)行了測(cè)試和驗(yàn)證,結(jié)果表明所建數(shù)學(xué)模型的水動(dòng)力計(jì)算結(jié)果與解析解和實(shí)測(cè)結(jié)果吻合程度較好。
　　(2)基于間斷有限元方法求解對(duì)流擴(kuò)散方程,并在模型中引入斜率限制器以抑制非物理振蕩,增強(qiáng)模型的穩(wěn)定性和捕捉間斷濃度的能力,建立了具有二階數(shù)值精度的波流共同作用下三維懸沙輸移數(shù)值模型。模型針對(duì)不同波

3、流動(dòng)力條件,引入了純流、純波、波浪破碎影響以及波流共同作用等條件下的垂向擴(kuò)散系數(shù)分布,并考慮了近底高含沙對(duì)水體紊動(dòng)抑制的影響。利用大量經(jīng)典解析解和水槽試驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型模擬結(jié)果進(jìn)行了比較,驗(yàn)證了所建模型的合理性。
　　(3)黃驊港海域潮流泥沙過(guò)程觀測(cè)資料以及大風(fēng)天波浪過(guò)程與航道淤積實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模型模擬結(jié)果的比較表明,所建模型可以合理描述現(xiàn)場(chǎng)海域水沙運(yùn)動(dòng),可以應(yīng)用于工程泥沙問(wèn)題的研究。模型的多組分泥沙模式也可以合理描述航道沉積泥沙中值粒徑