一種有限體積法三維水流懸沙數(shù)學模型研究.pdf

1、河口、海岸潮流泥沙運動一般具有三維特征，故需要三維數(shù)學模型才能合理反應(yīng)其運動過程。本文在對河口、海岸潮流泥沙數(shù)學模型的研究現(xiàn)狀進行綜合分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合已有工作，探討了一種基于無結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格有限體積法的三維淺水流動及懸沙運動數(shù)學模型。水流模型的主要特征有：(1)采用模式分裂技術(shù)，內(nèi)、外模分別計算，以提高求解效率；(2)采用κ-ε二方程紊動模型計算垂向紊動粘滯系數(shù)，物理意義更加明確；(3)在計算方法上，變量垂向分布用隱格式求解，以增強數(shù)值

2、穩(wěn)定性；(4)平面上采用無結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格，以適應(yīng)天然水流不規(guī)則水陸邊界；(5)垂向上采用σ坐標系，以簡化表面和底部邊界條件；(6)采用有限體積法離散方程，并采用性能優(yōu)越的Osher格式計算單元交界面通量，使水流模型具有很好的守恒性、逆風性、單調(diào)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(shù)值邊界條件；(7)用干濕網(wǎng)格法決定移動邊界位置，使模型適應(yīng)緩坡地形情況。懸沙輸運方程采用TVD(total variationdim

3、inishing)格式進行離散，并引入高階數(shù)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。 將水流模型應(yīng)用到黃河貴德水文站下游某河段，模擬的流速、水位與實測資料吻合良好；流量沿程分布結(jié)果表明模型具有良好的物理量守恒性；給出了流速的垂向分布、紊動能量橫斷面分布，為河道三維水流結(jié)構(gòu)分析提供了依據(jù)。 在一個理想矩形水槽中，運用水流模型進行了潮流計算，結(jié)果表明模型具有合理的動邊界模擬效果。計算潮位及漲落潮流場亦是合理的，