学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

弯道冰塞堆积三维数值模拟研究

作　者: 陈胖胖
导　师: 王军
学　校: 合肥工业大学
专　业: 市政工程
关键词: k-ε紊流模型 σ坐标变换 有限体积法 动量插值 冰塞堆积
分类号: TV131.61
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 70次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


冰塞是引发高纬度地区河流凌汛灾害的重要因素,因此研究河冰运动内在机理,对避免凌汛灾害的发生具有一定的意义。随着计算机技术日新月异的发展,国内外学者在研究河流冰塞现象时,越来越多的采用了数学模型的方法。数学模型以其方便高效,费用低廉的优势,已经成为研究河冰运动规律的一种重要手段。本文以研究冰塞厚度及其分布为目的,针对流动区域为弯曲河道这一不规则的特点,采用贴体坐标转换技术生成曲线网格。基于平面贴体坐标变换、竖向采用σ坐标变换,尝试建立了三维河冰数学模型。运用有限体积法对k-ε紊流模型控制方程进行离散,采用非交错网格布置,为了避免压力场的波动,由动量插值导出控制体交界面流速公式,运用压力校正法耦合求解水深流速变量。鉴于水内冰输运堆积和泥沙运动的相似性,借鉴了相关泥沙输运理论,同时考虑悬冰花输运和盖移质输冰两方面的影响,对冰塞堆积进行数值模拟。在算例中,采用此模型模拟求解了实验室U型水槽内的冰塞堆积结果,计算结果与实测资料吻合较好,表明三维模拟具有一定的实效性,为模拟天然河流的冰塞现象积累了宝贵的经验。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
致谢  7-12
第一章 绪论  12-23
  1.1 研究课题的来源、目的和意义  12
  1.2 水力学研究的数值模拟方法概述  12-14
    1.2.1 研究水力学的两种常用方法  12-13
    1.2.2 数值模拟研究水力学问题的计算流程  13-14
  1.3 数学模型的建立  14-17
    1.3.1 流体力学的控制方程  14
    1.3.2 紊流模型  14-15
    1.3.3 紊流模型的分类  15-17
  1.4 网格生成  17-18
    1.4.1 曲线坐标  17
    1.4.2 网格变量的布置方法  17-18
  1.5 紊流模型的数值解法  18-20
    1.5.1 有限差分法（Finite Difference Method）  18-19
    1.5.2 有限元方法（Finite Element Method）  19-20
    1.5.3 有限分析法（Finite Analytic Mothod）  20
    1.5.4 有限体积法（Finite Volume Method）  20
  1.6 冰花输运与盖移质输冰  20-22
    1.6.1 冰花输运方程  21
    1.6.2 盖移质输运方程  21-22
  1.7 本文的主要工作和创新点  22-23
第二章 曲线网格生成方法  23-32
  2.1 二维椭圆型网格生成方法  23-28
    2.1.1 椭圆型微分方程法的基本原理  24-25
    2.1.2 网格坐标的数值解法  25-26
    2.1.3 几种常见的椭圆型微分方程方法  26-28
  2.2 三维曲线网格生成方法  28-30
    2.2.1 ξ－η－ζ坐标变换  28-29
    2.2.2 ξ－η－σ坐标变换  29-30
  2.3 本章小结  30-32
第三章 非正交非交错曲线网格二维水流数值模型  32-45
  3.1 笛卡儿坐标系下二维水深平均水流运动的基本方程  32-35
    3.1.1 水流运动的基本方程  32-33
    3.1.2 k-ε紊流模型  33-34
    3.1.3 统一对流扩散方程  34-35
  3.2 曲线坐标系下水流运动方程的基本方程  35-38
  3.3 模型的离散和求解  38-42
    3.3.1 对流扩散方程的离散  39-40
    3.3.2 交界面上插值问题  40-41
    3.3.3 水位校正方程  41-42
  3.4 定解条件  42-43
  3.5 二维数值模型计算流程  43-44
  3.6 本章小结  44-45
第四章 非正交非交错曲线网格三维水流河冰数值模型  45-62
  4.1 笛卡儿坐标系下三维水流河冰数值模型的控制方程  45-49
    4.1.1 水流运动的基本方程  45-46
    4.1.2 三维标准k-ε紊流模型  46-47
    4.1.3 水内冰冰花输运方程  47-48
    4.1.4 盖移质输运方程  48-49
  4.2 曲线坐标系下三维河冰模型的控制方程  49-52
  4.3 三维河冰模型的离散和求解  52-55
    4.3.1 通用微分方程的离散  52-53
    4.3.2 动量插值问题  53-54
    4.3.3 压力校正方程  54-55
  4.4 定解条件  55-58
    4.4.1 初始条件  55
    4.4.2 进出口边界控制条件  55
    4.4.3 河床壁面条件  55
    4.4.4 冰塞面条件  55-56
    4.4.5 收敛的控制条件  56
    4.4.6 三维河冰数值模型的求解步骤  56-58
  4.5 计算实例分析  58-60
  4.6 本章小结  60-62
第五章 结论与展望  62-64
参考文献  64-68
攻读硕士学位期间发表的论文  68-69

相似论文

  1. 半透明材料辐射与相变耦合换热研究,V259
  2. 高寒地区引水渠道水内冰演变的数值模拟及应用,TV134.9
  3. 三层炉辊输送T-6热处理固溶炉内温度场的数值分析,TG155.1
  4. 乌江白马复杂滩群整治数学模型研究,U617
  5. 山区河道圆柱桥墩的阻水特性研究,U442.33
  6. 基于开源GIS的鄱阳湖水环境管理应用系统研究,X524
  7. 基于有限体积法的水辅共注成型数值模拟,TQ320.662
  8. 管件的短射法水辅助注塑工艺的数值模拟研究,TQ320.662
  9. 水质数学模型数值模拟及预测研究,O242.1
  10. 贴体曲线坐标系下浅水数学模型的研究与应用,TV131.4
  11. 明渠二维紊流边界层数值模拟研究,TV133
  12. 竖井水平旋流新型消能工的数值模拟研究,TV135.2
  13. 抽水蓄能电站卜型岔管水力特性数值模拟研究,TV134
  14. 常见管道局部水头损失的数值模拟,TV135
  15. 水垫塘（消力池）三维紊流的数值模拟,TV135.2
  16. 丁坝水流结构试验及紊流模型中壁函数应用研究,TV135
  17. 两种溢洪道的水流数值模拟与空化特性分析,TV135.2
  18. 低水头泄水建筑物消能措施数值模拟,TV135.2
  19. 水平旋流内消能泄洪洞水力特性的数值模拟,TV135
  20. 丁坝绕流结构的试验及数值研究,TV135

中图分类: > 工业技术 > 水利工程 > 水利工程基础科学 > 水力学 > 水力理论、计算、实验 > 水工试验 > 水工模型试验
© 2012 www.xueweilunwen.com