曲線坐標系下水動力多層積分模型研究及應用.pdf

1、環(huán)境污染與環(huán)境保護是當今世界所面臨的嚴重問題之一。由于工業(yè)的發(fā)展，大量有害于人類和其它生物的工業(yè)廢物(廢水、廢氣、廢渣)和生活污水、農業(yè)廢水排入河流、湖泊、水庫與海灣，使天然水體受到嚴重的污染。為了保護環(huán)境，防止污染的危害，必須了解這些污染物質的擴散輸移規(guī)律，就是要探求當污染物投放于水體后，由于擴散、輸移所造成的污染物濃度隨空間和時間的變化規(guī)律。 本文基于現(xiàn)代紊流理論、現(xiàn)代數(shù)值計算方法建立適合描述水利工程中紊流規(guī)律的非線性數(shù)值模

2、型，即曲線坐標系下的多層紊流水動力模型，旨在提高紊流精細模擬的實用性，以求有效地解決水利工程中的水流和輸運現(xiàn)象的實際問題。因此，該研究既具有理論意義，又具有工程實用價值。 本文的主要研究內容： 1)對選題的目的和意義進行了論述；對水流與水質數(shù)值模擬發(fā)展的現(xiàn)狀進行了系統(tǒng)的分析和評述，并提出了本文的研究問題；對現(xiàn)代紊流理論、數(shù)值計算方法進行了詳細的綜述、歸納和總結，并提出了本文采用的模型與方法；對紊流數(shù)值計算中的關鍵性技術問

3、題(離散方法、自由表面位置的確定問題、復雜邊界的處理方法等)進行了詳細的綜述和研究。 2)本文基于直角坐標系和非交錯的網格系統(tǒng)，研究了一種模擬三維非恒定明渠紊流的沿層積分數(shù)值模型。通過將渠道的實驗資料和計算結果的比較看出，多層模型輔助標準深度平均κ-ε模型，可以預測明渠中的時勻量和紊動量。水深校正方法可以用來獲得自由表面形狀，避免了“剛蓋”假定，排除了非交錯網格系統(tǒng)帶來的計算振蕩。 3)提出了一種生成邊界處正交曲線網格的

4、新方法，收斂速度快，在復雜邊界流場區(qū)域的數(shù)值計算中，有很大的實用價值； 4)為了克服復雜幾何邊界給數(shù)值計算帶來的困難，提高通用性以及水流的預測精度，本文采用上述網格生成技術，在直角坐標系三維非恒定明渠紊流的沿層積分數(shù)值模型基礎上，發(fā)展了曲線坐標系下的多層紊流水動力模型。一般的曲線坐標和非交錯網格系統(tǒng)的應用增強了模型計算復雜邊界三維流動的能力。 5)為了提高模擬具有自由表面、受顯著曲率壁面影響的明渠水流的能力，本文對曲線坐