太湖风生流及物质输运三维数值模拟

摘要

本文在对近年来同内外三维湖泊水流及物质输运数值模拟的有关文献进行系统分析研究的基础上,进行了太湖风生流及物质输运三维数值模拟研究.论文从笛卡尔坐标系下三维数学模型基本方程组出发,通过坐标变换,导出了垂向σ坐标系下的三维数学模型基本方程组,给出了边界条件和初始条件;接着对基本方程进行了离散,采用过程分裂法求解三维数学模型,并对紊动粘性系数进行了必要分析;论文对圆形水域和矩形水槽内的风生环流两个理论算例进行了计算,得到了与解析解及前人计算较一致的结果,验证了模型的精度;最后利用该紊流模型对太湖风生环流及物质输运进行了三维数值模拟研究.研究表明在风应力的作用下,太湖水质同时存在水平和垂向变化,提出了太湖水质监测和评价也要考虑污染指标的垂向变化.模型较好的反映了污染物质在太湖中的输移扩散规律,取得了较满意的结果.该研究成果为今后建立完整的太湖水环境管理模型打下了良好的基础.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2湖泊水动力及物质输运数值模拟研究概况

1.3本文主要研究内容

第二章湖泊三维水流及物质输运数学模型的建立

2.1笛卡尔坐标系下的三维数学模型基本方程

2.2σ坐标下数学模型基本方程

2.3定解条件

2.4小结

第三章湖泊三维水流及物质输运模型的求解

3.1离散网格与变量布置

3.2基本方程的离散

3.3稳定性分析

3.4模型紊动粘性系数讨论

3.5计算流程

3.6小结

第四章模型的验证

4.1圆形水域内的水平风生环流

4.2矩形水槽内的垂向风生环流

4.3小结

第五章太湖风生环流及物质输运三维数值模拟

5.1风生环流的形成机理

5.2太湖风生环流数值模拟

5.3太湖物质输运数值模拟

5.4小结

图

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

附图A太湖湖体流场图补充

附图B太湖浓度场模拟图补充