河口海岸水動(dòng)力及懸移質(zhì)泥沙運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬.pdf

1、上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文河口海岸水動(dòng)力及懸移質(zhì)泥沙運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬姓名：張景新申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：流體力學(xué)指導(dǎo)教師：劉樺20060101卜海交通大學(xué)博1：學(xué)位論文摘要本文基于傳統(tǒng)的相平均模型，引入了描述波浪繞射的繞射因子。通過與實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證及某些已有理論結(jié)果的比較，證明這一繞射因子的引入對(duì)于模型應(yīng)用范圍的拓寬起了很重要的作用。與此同時(shí)應(yīng)該注意到在河口、海岸水域中，波浪并非獨(dú)立存在的，而往往是波流共存的。對(duì)于潮流與波浪的耦合，本文采用波浪輻

2、射應(yīng)力的概念，在水流模型中引入波浪的作用效應(yīng)。傳統(tǒng)的波浪輻射應(yīng)力的計(jì)算(L0nguetHiggins，1976)基于水深平均模型。在三維流動(dòng)模型中，需要給出輻射應(yīng)力的垂向分布。本文采用了一種波浪輻射應(yīng)力的計(jì)算模式，給出其垂向分布，同時(shí)將之改寫為盯坐標(biāo)的形式，便于在潮流模型中直接引入。在潮流模擬中引入波浪作用，一個(gè)重要的問題就是床面應(yīng)力的計(jì)算。波浪存在的一個(gè)直接表現(xiàn)就是床面應(yīng)力顯著增加，床面應(yīng)力的增加不僅對(duì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)有一定影響，同時(shí)對(duì)于泥沙

3、運(yùn)動(dòng)的作用更為重要。長期以來，波流共同作用下的床面應(yīng)力計(jì)算已經(jīng)得到了足夠的重視，本文中對(duì)常見的計(jì)算方法作了總結(jié)。泥沙運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性體現(xiàn)在泥沙性質(zhì)的復(fù)雜，如粘性沙、非粘性沙的性質(zhì)存在著很大的差異。通常泥沙自身顆粒的大小、組成成份等決定著泥沙的某些特性。簡(jiǎn)單的概括為泥沙起動(dòng)、落淤、沉速及輸移等幾方面的性質(zhì)。這些不僅與泥沙自身的物理化學(xué)性質(zhì)相關(guān)，還與所處的水域條件緊密相關(guān)，如海水的含鹽量對(duì)粘性細(xì)顆粒泥沙絮凝起著很重要的作用，而泥沙絮凝沉降又是河

4、口攔門沙形成的一個(gè)重要因素。鑒于泥沙性質(zhì)的復(fù)雜性，其諸多性質(zhì)的研究常常需要借助于一定的實(shí)驗(yàn)手段。本文重點(diǎn)研究泥沙運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬方法，并對(duì)泥沙某些性質(zhì)的數(shù)學(xué)描述給出簡(jiǎn)要的分析。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合潮流、波浪模型，針對(duì)懸移質(zhì)泥沙建立了三維泥沙輸運(yùn)模型。進(jìn)而采用有限差分法進(jìn)行數(shù)值求解，并采用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)資料檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷倪m用性及模擬精度。通過數(shù)值模擬，本文給出了流、波作用下泥沙輸運(yùn)的定性描述，著重闡述了波流共同作用對(duì)泥沙運(yùn)動(dòng)的主要影響，包括床面應(yīng)力的增