弯曲型交汇河口三维水沙数值模拟研究

论文摘要

天然河道蜿蜒曲折,河道与河道交汇形成交汇河口,对水运的发展起着控制作用。由于交汇河口紊动混掺强烈,雷诺应力大,从而造成较大的局部能量损失,泥沙易在此沉积,形成浅滩和江心洲,影响河床的演变和水运的发展,因此研究交汇水流,特别是弯曲型交汇水流和交汇口泥沙输移具有重要的实际意义。FLOW3D和MIKE3是水利工程中常用的软件,可以进行水动力、泥沙、污染物等相关数值模拟,其中FLOW3D以完整的N.S方程为控制方程,MIKE3以静压假定的三维浅水方程为控制方程,本文以经典试验来进行两种模型的验证和对比,并根据模型验证结果采取适合的工具,进行后续研究。首先,本文以休克莱弯道试验,通过水位和流速的对比对模型进行弯道水流的验证;以Shumate直渠交汇试验,通过将水位、分离区大小、横向流速、纵向流速的试验值与模拟值进行对比来进行交汇水流验证;以曾庆华120~o弯道泥沙冲淤试验,通过将典型断面床底高程变化的试验值与模拟值进行比对来进行泥沙冲淤模块验证。并根据验证结果选择合适的工具。然后,用所选择的模型,建立凹岸交汇和凸岸交汇的弯曲型交汇模型,对于凹岸和凸岸交汇,均模拟流量比分别为0.75、0.417、0.25三种工况,通过分析每种工况下的水位、流场、分离区大小和流线来分析不同流量比和不同岸交汇对于交汇河口水流特性的影响。最后,本文对不同工况下模拟的流场作为泥沙冲淤模块的初始条件,添加泥沙冲淤模块,来进行不同流量比和不同岸交汇情况下的河床冲淤模拟。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 数值模拟研究进展
•     1.2.2 干支流汇合口研究进展
•   1.5 本文主要内容和章节安排
• 2 控制方程及数值方法
•   2.1 控制方程
•     2.1.1 水动力控制方程
•     2.1.2 泥沙输移方程
•     2.1.3 沉积物冲刷模型
•   2.2 紊流模型
•     2.2.1 零方程模型
•     2.2.2 单方程模型
•     2.2.3 k-ε两方程模型
•   2.3 初边值条件
•     2.3.1 初始条件
•     2.3.2 自由水面边界条件
•     2.3.3 压力边界条件
•     2.3.4 零梯度边界条件
•     2.3.5 壁面边界条件
•   2.4 离散基础及离散方法
•     2.4.1 加权余量法
•     2.4.2 有限差分法
•     2.4.3 有限体积法
•   2.5 数值计算方法
•     2.5.1 FLOW3D的离散格式
•     2.5.2 交替隐式格式（ADI）
•     2.5.3 广义最小残差法（GMRES）
• 3 模型验证
•   3.1 交汇水流模型验证
•     3.1.1 试验条件
•     3.1.2 模型建立
•     3.1.3 水位验证
•     3.1.4 速度验证
•   3.2 弯道水流验证
•     3.2.1 试验条件
•     3.2.2 模型建立
•     3.2.3 水位验证
•     3.2.4 速度验证
•     3.2.5 横向环流验证
•   3.3 泥沙输移模型验证
•     3.3.1 试验条件
•     3.3.2 模型建立
•     3.3.3 冲淤验证
•   3.4 本章小结
• 4 交汇河口水动力模拟及结果分析
•   4.1 凹岸交汇水动力模拟及结果分析
•     4.1.1 凹岸交汇模型建立
•     4.1.2 水位分析
•     4.1.3 横向流场
•     4.1.4 纵向流速
•     4.1.5 分离区大小
•     4.1.6 流线分析
•   4.2 凸岸交汇结果分析
•     4.2.1 凸岸交汇模型建立
•     4.2.2 水位分析
•     4.2.3 横向流场
•     4.2.4 纵向流速
•     4.2.5 分离区
•     4.2.6 流线分析
•   4.3 凹岸交汇与凸岸交汇结果比较
•     4.3.1 水位比较
•     4.3.2 横向流场比较
•     4.3.3 纵向流速比较
•     4.3.4 分离区大小比较
•   4.4 小结
• 5 交汇河口河床冲淤数值模拟及结果分析
•   5.1 模型建立
•   5.2 河床冲淤结果分析
•     5.2.1 凹岸交汇结果分析
•     5.2.2 凸岸交汇冲淤结果分析
•   5.3 本章小结
• 6 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 何勇

导师: 金生

关键词: 三维数值模拟,弯曲型交汇河口,水力特性,河床冲淤

来源: 大连理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地球物理学,水利水电工程

单位: 大连理工大学

分类号: TV147

DOI: 10.26991/d.cnki.gdllu.2019.001580

总页数: 101

文件大小: 6017K

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