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[期刊论文] 胡鹏 韩健健 雷云龙
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:基于局部时间步长(LTS)技术(即在每个计算网格采用局部允许的最大时间步长),建立新的水沙数学模型,提高计算效率. 用非结构三角形网格离散计算区域,采用充分反映水-沙-床相互作用的平面二维完整控制方程组,利用有限体积法求解控制方程,用HLLC近似黎曼算子估算界面数值通量. 对动床溃坝算例的计算表明,当选取合适的局部时间步长级数时,计算效率明显提高(节省计算时间幅度达到68%),精度满足要求. 长江中游太平口水道的工程应用表明,该模型能够在保证精度的前提下,节省高达92%的计算时间....
[硕士论文] 韩健健
物理海洋学 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:本文建立了一个既适应于单向流(如水道),也适应于双向流(如河口)的深度积分水沙床耦合动力学数学模型,应用于典型的强潮河口和多级分汊水道,研究了它们的动力地貌过程,具体包括三部分内容:1)水沙床耦合数学模型的建立;2)模型对喇叭形强潮河口沙坎形成与演变的应用研究;3)模型对三级分汊,四港汇流的东流水道滩槽演变的应用研究。水沙耦合数学模型采用充分考虑水沙-地形耦合作用的深度积分(平面二维)控制方程组,包括了水流、泥沙和盐度的连续性方程、水流的动量方程和床面变形方程,利用非结构三角形网格离散计算区域,在网格单元上应用有限体积法求解控制方程,采用能够自动捕捉激波和间断的HLLC近似黎曼算子估算网格单元之间的数值界面通量,采用Slope flux method方法估算底坡源项。上述技术的应用使得模型满足well-balanced特性,能够很好地识别干湿界面。经过大量的理想和实验算例验证,从定量和定性两方面验证了模型的准确性和可靠性。为提高模型计算效率,采用了Open MP并行技术和局部时间步长算法。以典型强潮钱塘江河口为背景,本文概化了一个喇叭形河口,上游给定径流过程,外海边界给定M2分潮,考虑粘性沙侵蚀沉积机理,研究了河口内沙坎的形成与演变过程。结果表明,在径流和潮汐的相互作用下,河口内形成了最大浑浊带,在最大浑浊带处发生强烈淤积,两侧发生冲刷,从而形成了河口沙坎,其位置和规模与钱塘江实测沙坎相当。沙坎形成后,沙坎的存在增大了河口向内传播潮波的潮差。对径流作用,外海来沙和冲刷系数三个关键性因素的敏感性分析表明,径流强度对沙坎的位置和大小影响巨大,外海来沙和冲刷系数主要影响沙坎的大小,对位置影响不大。以长江下游多级分汊水道——东流水道的滩槽冲淤演变为对象,本文研究了不同来水来沙对多级分汊水道的滩槽冲淤的影响,定性上重现了2010年特殊年份来水来沙对东流水道滩槽冲淤的影响。对关键参数的敏感性分析表明,整体的滩槽的糙率分布对水道冲淤分布影响不明显,局部的滩槽糙率调整对水工建筑物周围滩槽的冲淤影响较大;水流挟沙力公式的选择和参数的选取定性上不影响滩槽冲淤趋势,定量上对结果影响较大。
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