一種有限體積法三維水流懸沙數學模型研究.pdf

1、河口、海岸潮流泥沙運動一般具有三維特征，故需要三維數學模型才能合理反應其運動過程。本文在對河口、海岸潮流泥沙數學模型的研究現狀進行綜合分析的基礎上，結合已有工作，探討了一種基于無結構三角網格有限體積法的三維淺水流動及懸沙運動數學模型。水流模型的主要特征有：(1)采用模式分裂技術，內、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，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，以增強數值

2、穩(wěn)定性；(4)平面上采用無結構三角形網格，以適應天然水流不規(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值邊界條件；(7)用干濕網格法決定移動邊界位置，使模型適應緩坡地形情況。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，為河道三維水流結構分析提供了依據。 在一個理想矩形水槽中，運用水流模型進行了潮流計算，結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，