波流共同作用下的二维泥沙数学模型研究

摘要

在河口海岸地区，由于波浪和潮流的综合作用，泥沙的运动规律变得更加复杂，波流作用下的泥沙运动仍是当前泥沙数学模型理论的重点研究内容。
　　首先对波流共同作用下的泥沙数学模型、潮流数值模拟中潮间带的动边界问题和水动力学数学模型并行计算技术的相关研究工作进行回顾，而后以基于有限体积法建立的COASTALTOOLs数学模型为基础，在其二维潮流模块（2DTC）中考虑波浪的作用，加入泥沙运动模块（2DST），建立了泥沙运动数学模型，具体研究工作如下：
　　（1）以原有的 COASTALTOOLs模型为基础，将程序中现存的错误和不合理之处（例如泥沙源项计算公式、波流统一角度取值标准、数值计算中逻辑关系等）进行修正，使模型更加完善；
　　（2）在程序中增加泥沙开边界条件，地形更新，波浪场与SWAN耦合的接口，以及OpenMP并行计算等，从而可以更加快速合理地求解波流共同作用下的二维潮流数学模型和泥沙数学模型；
　　（3）在理论方面，改进带有淹没度的连续性方程离散求解过程，并提出一种新的计算动边界的方法，即在整个计算域中求解时不区分干湿单元，控制方程统一求解，使得在干湿交界处干网格和湿网格的物理量计算更加准确；
　　（4）通过对典型算例的数值模拟，考察了在不同的水流波浪条件下泥沙运动的情况，分析不同泥沙源项计算方法对流速、波高以及波向的敏感性；通过对均匀底坡算例的数值模拟，考察了改进的动边界方法的可行性，以及不同水深条件下潮流、波浪和泥沙相关物理量的分布趋势。

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第一章 绪论

1.1概述

1.2相关工作回顾及发展现状

1.3本文的主要工作

第二章 波流共同作用下的二维水流泥沙数学模型基本理论

2.1二维水流数学模型

2.2二维泥沙数学模型

2.3床面变形方程

第三章 控制方程的数值求解

3.1二维浅水方程的离散

3.2悬沙输运方程的离散

3.3床面变形方程的离散

3.4 OpenMP并行技术的实现

3.5求解过程

第四章 泥沙数学模型源项的对比计算

4.1三种源项计算方法的对比

4.2泥沙模型的敏感性分析

4.3本章小结

第五章 动边界处理方法的验证

5.1均匀底坡算例

5.2均匀底坡上圆形浅滩算例

5.3本章小结

第六章 结论与展望

6.1全文总结

6.2不足与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

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