運動界面模擬技術(shù)及在環(huán)境分層流問題中的應(yīng)用.pdf

1、自然環(huán)境水體中的分層流動通常是由溫度、主動輸運物質(zhì)(如鹽度、泥沙等)或者它們的組合作用誘導(dǎo)產(chǎn)生的。由于各組分對水體密度的貢獻(xiàn)以及其自身的擴(kuò)散特性的差異使得該類分層流動更為復(fù)雜。本文從兩流體的角度，采用。Level Set方法追蹤兩流體分層界面的運動，對每相流體分別求解，并考慮界面處兩流體間的相互作用，模擬了污水排海等分層流問題，詳細(xì)闡述了海水入侵過程和機(jī)理。本文研究的主要成果包括： (1)采用Level Set方法追蹤界面的時空

2、變化。本文基于快速行進(jìn)法和源點掃描法的思想，提出了非結(jié)構(gòu)同位網(wǎng)格下Level Set的實現(xiàn)策略。并通過實例，對Level Set法與VOF法作了比較分析。 (2)界面附近網(wǎng)格點密度、擴(kuò)散系數(shù)等物理參數(shù)處理，二維三維采用了不同的策略。對二維情形，根據(jù)符號距離函數(shù)精確計算各網(wǎng)格單元的相體積分布，而后可計算網(wǎng)格單元的密度和擴(kuò)散系數(shù)；對三維情形，直接采用正弦函數(shù)光滑處理。對于界面物理量的擴(kuò)展采用一階的isobaric fix ghost

3、處理。 (3)將密度方程和動量方程統(tǒng)一成一個積分方程，采用梯度重構(gòu)策略，結(jié)合限制器，改進(jìn)了兩流體的SIMPLE(SIMPLEC)算法和人工壓縮算法，建立了非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格下N-S方程的求解系統(tǒng)。改進(jìn)了出口邊界的處理策略，能有效地處理“無反射”出口邊界問題。對不同的密度比的兩流體系統(tǒng)進(jìn)行了驗證分析。 (4)建立了k-ε紊流模型，壁面采用對數(shù)率壁函數(shù)處理技術(shù)。 (5)從兩流體角度對污水排海問題建立了二維和三維數(shù)學(xué)模型，詳細(xì)