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三维潮流数值模型及其应用

作　者: 张瑞瑾
导　师: 孙昭晨；早川典生
学　校: 大连理工大学
专　业: 港口、海岸及近海工程
关键词: 潮流三维数值模型大连湾广岛湾
分类号: TV131.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
下　载: 342次
引　用: 2次
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内容摘要

开发和利用海洋，解决海岸河口地区的工程建设、资源开发、航道疏浚、减少城市和工业污染等实际工程问题首先都必须了解其水动力条件。潮流，是海岸带、海湾、海峡和潮汐河口地区的主要水动力学条件之一，是这些地区最基本的物质运动，其他物质诸如泥沙、盐分、各类污染物质及热量的输运过程，均伴随着潮流而运动。在海岸、环境工程中，都必须对潮流场有一较详细的了解，而数值模拟是一种了解潮流场的有效手段。本文的主要工作是从三维潮流控制方程出发，建立了一个三维潮流数值模型，通过对有解析解情况的模拟，验证了模型的合理性。并对大连湾和广岛湾的潮流情况进行了模拟，进一步验证了该模型的合理性和对复杂地形的适用性。 (1)从Navier-Stokes方程上经过假设和简化得到的三维潮流控制方程，以Vincenzo Casulli法，采用半显半隐差分格式，建立了一个三维潮流数值模型。该模型直接对控制方程进行离散，应用欧拉-拉格朗日方法对对流项和粘性项进行了数值离散，算法具有良好的稳定性条件，可以提高计算的效率和精度。 (2)模拟了在矩形水域中传播的潮汐的情况，并与解析解进行了比较，验证了模型的合理性。 (3)模拟了大连湾及其附近水域的潮流情况。讨论了该水域的水动力情况。进一步验证了模型的合理性。 (4)模拟了广岛湾及其附近水域的潮流情况。讨论了该水域的水动力情况。验证了模型的合理性和对复杂地形的适用性。

全文目录

中文摘要  6-7
英文摘要  7-8
1 绪论  8-13
  1．1 前言  8
  1．2 潮流模型研究现状  8-10
  1．3 本文研究工作  10-13
2 潮流模型的选取  13-18
  2．1 数值方法  13-17
    2．1．1 有限元法  13-14
    2．1．2 控制体积法  14
    2．1．3 有限差分法  14-17
  2．2 坐标的选取  17
  2．3 本章小结  17-18
3 三维潮流数值模型  18-30
  3．1 基本方程  18-20
    3．1．1 控制方程  18-19
    3．1．2 初始条件与边界条件  19-20
  3．2 三维潮流方程的离散与求解  20-28
    3．2．1 网格剖分  21
    3．2．2 差分方程  21-24
    3．2．3 差分方程的求解  24-28
    3．2．4 差分方程的稳定性  28
  3．3 流程图  28-30
4 数值实验  30-37
  4．1 实验模型  30
  4．2 解析解  30-31
  4．3 计算参数选取  31
  4．4 数值模拟结果  31-36
    4．4．1 潮位和速度过程线  31-35
    4．4．2 潮位等振幅与等相位角图  35-36
  4．5 本章小结  36-37
5 模型的应用实例—大连湾附近水动力特性的模拟  37-45
  5．1 研究意义  37
  5．2 数值模拟相关问题的说明  37-40
    5．2．1 资料选取  37
    5．2．2 计算区域  37-38
    5．2．3 边界条件的确定  38-40
    5．2．4 计算资料的选取  40
  5．3 数值模拟结果  40-43
    5．3．1 潮位  40-41
    5．3．2 潮流  41-43
    5．3．3 潮余流  43
  5．4 本章小结  43-45
6 模型的应用实例二—广岛湾附近水动力特性的模拟  45-62
  6．1 研究意义  45
  6．2 数值模拟相关问题的说明  45-51
    6．2．1 资料选取  45-46
    6．2．2 计算区域  46-47
    6．2．3 边界条件的确定  47
    6．2．4 对比资料  47-50
    6．2．5 计算资料的选取  50-51
  6．3 数值模拟结果  51-60
    6．3．1 潮位  51-55
    6．3．2 潮流  55-60
    6．3．3 潮余流  60
  6．4 本章小结  60-62
7 结语与展望  62-63
攻读硕士学位期间已发表的文章  63-64
致谢  64-65

三维潮流数值模型及其应用

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