黄河宁夏沙坡头典型河段水流运动数值模拟

摘要

随着计算机技术的广泛应用和发展，对天然河道各方面的研究也更加深入。其中，以河流动力学、流体力学、数值计算方法等学科知识为基础的水流数值模拟现今已被纳入进一步研究的范围。对数学模型也已由一维问题逐步发展到二维及三维问题。本文主要利用雷诺应力模型，对黄河沙坡头典型河段水流运动进行数值模拟，并与实测结果进行了比较分析。本文的主要工作有：
　　 (1)对计算流体力学和水流运动数值模拟的研究现状和存在的问题进行了综述性回顾，并提出了本文所要研究的主要问题。
　　 (2)采用守恒性能高的有限体积法对方程进行离散，并选用符合水流运动特性的混合格式，利用交错网格下的SIMPLE算法进行数值计算，提高了计算效率和精度。
　　 (3)对不同工况下非对称突扩通道中的水流运动进行了平面二维数值模拟，得到了一些结果，这些结果说明了本文数值方法的可靠性。
　　 (4)考虑河道的不规则特性，采用贴体坐标变换方法，较好地解决了天然河道不规则边界的问题。
　　 (5)对2008年7月沙坡头河段的实测资料进行了整理，并作出了分析。
　　 (6)对黄河宁夏沙坡头典型河段水流运动进行了三维数值模拟，并与实测结果进行了对比，结果表明了计算结果的准确性和参数选取的合理性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1选题的目的和意义

1.2河流数学模型的研究现状与发展方向

1.3数值计算方法

1.4模型中存在的主要问题

1.5本课题所要解决的问题及拟采用的研究方法

1.5.1选题基本内容概述

1.5.2研究的问题及方法

第二章 控制方程

2.1概述

2.2河流运动的基本方程

2.2.1质量守恒方程

2.2.2动量守恒方程

2.3湍流时均方程

2.4雷诺应力方程模型

第三章 方程离散与求解

3.1概述

3.2基于有限体积法的方程离散

3.2.1有限体积法

3.2.2对流项离散格式

3.3基于SIMPLE算法的流场计算

3.3.1交错网格及动量方程的离散

3.3.2 SIMPLE算法

3.4代数方程组的求解

第四章 适体坐标系

4.1概述

4.2代数法生成网格

4.3微分方程法生成网格

4.3.1 Poisson方程法生成网格

4.3.2曲线坐标变换方程求解

4.4曲线网格生成实例

4.5控制方程的转换

第五章 非对称突扩通道水流运动的数值模拟

5.1概述

5.2数学模型

5.3计算结果及分析

5.3.1回流区形态随雷诺数的变化规律

5.3.2回流区形态随偏心度的变化规律

5.3.3回流区形态随突扩比的变化规律

5.4结论

第六章 沙坡头典型河段水流运动数值模拟

6.1概述

6.2沙坡头河段概况

6.3实测结果及分析

6.4数值模拟

6.4.1边界条件

6.4.2模拟结果及分析

第七章 总结与展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

个人简历、在学期间的研究成果

致 谢

附 录