波浪和风对伶仃洋盐度输移影响的三维数值模拟研究

水流、波浪、风是河口区常见的动力因素,对影响河口盐度场分布的径流、潮汐、波浪、风力因素进行了综合考虑,将水平正交曲线变换和垂向σ坐标变换相结合,建立复杂边界条件下伶仃洋三维盐度数学模型,其中的波浪要素采用第三代波浪模式SWAN计算。在采用实测资料对模型进行验证后,通过对不同因素组合下伶仃洋三维盐度场的模拟,探讨了风和波浪对其盐度空间分布的影响。     

长江口二维非均匀悬沙数值模拟

针对长江口水流泥沙运动的特点建立了非均匀悬沙的平面二维数值模型。在模型中考虑了波浪对流场的影响和对水流挟沙力的影响 ,在确定悬沙絮凝沉速时考虑了泥沙粒径、盐度、含沙量及水流紊动的影响。悬沙模型建立在曲线坐标下 ,悬沙输运方程采用破开算子的方法求解 ,平流项采用UltimateQuickest格式求解 ,提高了计算的精度。通过实测资料对数学模型计算的悬沙含量进行检验 ,表明它较好地反应了长江口地区泥沙的运动规律     

三维水沙数值模拟中紊流随机理论应用初探

在平面上采用一般曲线坐标,在垂向上采用σ-坐标变换,用模式分裂法求解自由面水位,采用窦国仁紊流随机理论[1]构建紊流随机模型下的水流泥沙三维数学模型,采用有限体积法离散方程,并针对水工构筑物附近水流运动特点,采用动水压力校正法求解耦合的压力和速度场,在泥沙起动流速里考虑了垂向流速的影响,把计算结果与试验结果及基于Boussinesq假设的紊流模型计算结果进行了对比,表明在同等计算条件下,基于紊流随机理论的紊流模型有更精确的模拟效果,能较好的反映三维水流泥沙的运动和输移情况。     

柔性连接多浮体在不规则波中运动的预报方法

本文介绍了一种频、时域杂交法，用于预报柔性连接多浮体在波浪中的运动。其中采用三维频域法适时求解浮体的水动力系数，在时域内求解浮体的运动方程，可同时求解非线性锚链力、连接器受力和护舷受力。利用本方法预报了柔性连接的“口”字形六浮体系统在波浪中的运动，结果与试验结果具有较好的吻合程度。     

波浪潮流共同作用下长兴岛海区二维悬沙输运数值模拟研究

根据近岸地区波浪、潮流与泥沙运动的规律,把波浪运动概化为在潮周期中具有时均意义的波浪流分布场,将波浪辐射应力以及波流底部剪切应力耦合到潮流运动方程和悬沙输运方程中,建立了非结构网格下近岸波浪和潮流共同作用下的二维悬沙输运数值模型。时间离散采用欧拉向前格式,空间离散采用有限体积法的显式格式。将模型应用于矩形海湾实验和大连长兴岛附近海区悬沙冲淤过程的实际算例。结果表明:波浪对潮位影响很小,但是对近岸流速有较为明显的影响;波流共同作用对近岸泥沙浓度影响比单纯考虑潮流作用可提高40%～100%的幅度。     

桥梁边墩周围三维流场的数值模拟

采用现代三维运动界面追踪技术VOF(volume of fluid)方法和标准模型,耦合求解对边墩附近三维流场进行了合理模拟,通过对边墩周围不同垂直面和水平面流速进行分析,得出边墩附近的流场特性及规律.对三维运动界面追踪技术模型、模型的基本方程、模型的边界条件及初始条件模型验证、边墩附近三维流场等作了简要描述.     

湖泊三维流场数值模拟及其在东湖的应用

该文精细化模拟了湖泊流场的时空变化,建立了?坐标系下的湖泊三维水动力数值模型。该模型采用非结构三角形网格和垂向?坐标来剖分计算区域,空间上采用有限体积法离散三维水动力方程组,时间上采用模式分裂技术,外模求解中,采用修正的四阶龙格库塔格式求解二维垂向积分方程时变项,运用Osher格式计算跨边界法向通量,获得水深分布和垂向平均流速。求解三维内模动量方程时,模型采用显示与隐式相结合的方法求解三维水流运动方程组,获得三维流场细节。在数值模拟中全面引入三维GIS技术来辅助完成前处理、后处理与可视化任务,以提高建模效率和减低建模成本。并以武汉东湖为研究示范,对不同气候条件下湖泊的三维流场结构和变化规律进行了深入分析,验证了三维水动力数值求解方法的有效性。     

波浪和水流共同作用下水流时均流速分布

近年来的实验研究表明波流同向与波流逆向时的平均水流流速分布规律相差很大，这些差别是由波浪、水流共同作用所造成的。同时，研究波浪水流共同作用下的水流流速特性对揭示波流相互作用机理也非常关键。本文在建立波流边界层模型的基础上，建立了二维全水深波流数学模型，求解了波流共同作用下边界层内外的流翅构。数值模拟的结果表明：波流同向时上层Euler时均流速减小，波流逆向时上层Euler时均流速增大，数值结果与实验数据有较好的一致性。本文模型的结果较好地解释了波流相互作用的机理。     

海湾潮流运动的三维数值模拟研究

针对平面二维数学模型在预测分层流等方面的不足,考虑到海湾岸线和海底地形的复杂性,采用非结构网格上的有限体积法建立了海湾潮流运动的三维数学模型。模型垂向采用σ坐标,动量方程求解考虑地球自转科氏力。数学模型求解采用显式差分技术,采用CFL数作为迭代计算的收敛控制条件。以深圳大鹏湾为例,采用三维数学模型计算了典型大潮、小潮条件下的水动力场。对不同潮型下的潮流流速、流向进行了验证,对湾内的潮流流场进行了分析。结果表明:三维数值计算结果和实测数据符合较好,证实了三维数学模型的可靠性。     

桥墩群对河道水流影响的三维数值分析

该文采用具有自由水面和河床切应力计算的三维数学模型分析了桥墩群对河道水流的影响。计算利用标准的k-ε紊流模型求解N-S方程得到三维流场,通过对运动方程的垂向平均积分得到求解水位的泊松方程,将该模型应用到不同收缩比条件下桥墩的绕流壅水计算,结果与物理试验值拟合较好。在实际应用中,模型比较了凉水河北京南站段桥墩群修建前后河道水位和三维流场的变化情况,分析了桥墩群对河道三维水流与水位的影响,为该段河道的整治以及规划设计提供参考。     

THREE-DIMENSIONAL NUMERICAL MODEL FOR WINDING TIDAL RIVER WITH BRANCHES

Natural rivers are usually winding with branches and shoals,which are difficult to be simulated with rectangular grids. A 3-D current numerical model was established based on the orthogonal curvilinear coordinate system and vertical σ coordinate system. The equations were discretisized using a semi-implicit scheme. The “predictor” and “corrector” steps were applied for the horizontal momentum equations to meet the basic requirement that the depth-integrated currents obtained from the equations for 2-D and 3-D modes have identical values. And a modification of traditional method of dry/wet discriminance was proposed to determine accurately the boundary and ensure the continuity of variable boundary in the simulation. This model was verified with the data measured in a winding tidal river with branches in April,2004. The simulated data of water levels and velocities agree well with the measured ones,and the computed results reveal well the practical flow characteristics,including the vertical secondary flow in a winding reach.     

NUMERICAL SIMULATION OF 2D HORIZONTAL COOLING WATER DISCHARGE IN GENERALIZED CURVILINEAR COORDINATE

1. INTRODUCTIONResearch on the movement characteristics ofcooling water is a hot spot presently , which hasgreat significance to maintain the balance of eco-logical system. Mathematical models and physicalmodels are major means for this study .In recentyears , Chen[1 ,2]has presentsed a 2D horizontalmathematical model based on the hybrid methodand finite element mesh, Zhang[3]has provided afinite layer model for 2D thermal density flowinopen channel . Wu[4]has developped an unsteady2D h…     

SENSITIVITY STUDY OF THE EFFECTS OF WAVE-INDUCED VERTICAL MIXING ON VERTICAL EXCHANGE PROCESSES

The hydrodynamic model COHERENS-SED, developed by the present authors through introducing wave-enhanced bottom stress, wave dependent surface drag coefficient, wave-induced surface mixing, SWAN to COHERENS, is modified to account for wave-induced vertical mixing. The COHERENS-SED model can also be used for one-dimensional, two-dimensional, three-dimensional current and salinity calculations. One-dimensional model and three-dimensional model are used to study the effects of the wave-induced vertical mixing. The horizontal current velocity profiles obtained by the model are in good agreement with the analytical velocity profiles under the same input conditions. Numerical results show that higher wave height would generally generate larger vertical eddy viscosity and lower horizontal velocity. The results for fresh water in Yellow River Delta show that the wave-induced vertical mixing increases the momentum of fresh water transferring ability downwards to seabed and salt water's mixing with upper fresh water. Fresh water flume length is compressed considerably.     

波流相互作用下沿垂向的水流结构及其实验验证

本文研究了波流相互作用情形下波浪对水平流速沿垂向分布的影响。作者从Navier Stokes方程出发，用涡动粘滞系数模型来封闭波流相互作用下的流动方程，提出了一个求解整个水深内的断面流速分布的方法。理论计算与实验结果基本一致。     

长江口盐水入侵数值模型研究

本文利用ECOM模式建立了一个长江口水动力盐度三维数值模型。当水底地形变化比较剧烈时，原ECOM模式中水平扩散项的计算就可能产生虚假的流场和物质输运，所以文中首先对ECOM模式物质输运方程的水平扩散项计算方法进行改进，采用返回z坐标系计算，离散变量利用σ层二次Lagrange插值得到。对于改进方法，文中采用Huang＆spaulding提出的数值试验进行验证，证明此方法大大地提高了水平扩散项的计算精度。改进模型采用长江口实测水文资料进行率定验证，计算和分析了南北槽垂向盐度分布和盐水通量过程，结果表明，模型能较好反映测点盐度变化过程，也能较好地模拟出垂向表底层的盐度差异。     

伶仃洋三维流场数值模拟

使用σ坐标变换技术，将（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）坐标系中的三维非线性Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程转换成（ｘ，ｙ，ａ，ｔ）坐标系中的方程，采用有限差分方法进行离散求解，用垂向（σ向）积分的连续方程求解水位，用动量方程求解流速垂直结构，在水平方向上使用非交错正方网格，σ向等间距分层，从而建立三维流场数学模型。应用本模型对多口门、多岛屿、地形及岸线复杂的伶洋的枯季、洪季流场进行了数值模拟。将模拟结果与多个水位、流速同步测站的实测资料进行比较，无论是水位、垂线平均流速、流向过程线还是流速的垂向分布形式与量值，二者均吻合较好。根据模拟计算结果，对伶洋流场的平面及空间结构特征进行了分析。     

THREE-DIMENSIONAL NONLINEAR NUMERICAL MODEL WITH INCLINED PRESSURE FOR SALTWATER INTRUSION AT THE YANGTZE RIVER ESTUARY

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｎｅｓｔｕａｒｉｎｅａｒｅａｓ,ｂｅｓｉｄｅｓｔｈｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ ,ｔｈｅｃｏｅｘｉｓｔｅｎｃｅｏｆｗａｖｅｓ ,ｃｕｒ ｒｅｎｔｓ,ｔｉｄｅｓ ,ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ ,ｓａｌｔｗａｔｅｒａｎｄｔｈｅｉｒｍｕｔｕａｌｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｈａｖｅｒｅｓｕｌｔｅｄｉｎｖｅｒｙｃｏｍ ｐｌｅｘｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｃｅｓｓｅｓ .ＴｈｅＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＥｓｔｕａｒｙｉｓａｍｅｄｉｕｍｔｉｄａｌｒａｎｇｅｒｉｖｅｒｍｏｕｔｈｗｉｔｈｓｔｒｏｎｇｒ…     

海岸带三重双向嵌套三维环流数值模型及其应用

在极坐标条件下，考虑流体等密度面的斜压性，建立了具有4阶精度的三重双向嵌套海洋环流三维原始方程数值模型，模型垂直方向采用z坐标不均匀分层，具有完全非线性和计算效率高的特性。嵌套系统由大模型（19km）、中模型（6km）和小模型（2km）嵌套而成，上一级模型为下一级模型提供动力和边界条件，且下一级模型将自己的动力要素反馈给上一级模型，各模型间相互作用相互交换资料。在具体实施时，每一个模型占用一个CPU，实行同步计算，三模型间每天交换信息一次。模型用体积输送流函数、不同水深处实测海温过程等资料进行验证，在此基础上，应用模型计算了西加勒比海及海岸带浅水区的水流分布特征、温度和盐度分布。计算结果表明，加勒比西海岸带的海流具有明显的季节性变化过程。     

沙坝海岸上裂流的数值模拟

建立了基于二阶完全非线性Boussinesq水波方程的二维波浪破碎数值模型,对沙坝海岸上产生的裂流进行了数值模拟研究。首先将文献[1]中给出的一组二阶完全非线性Boussinesq方程进行扩展,在动量方程中引入紊动粘性项模拟波浪破碎引起的能量耗散,采用窄逢法处理海岸动边界问题,并考虑了混合子网格效应以及水底摩擦。然后,在矩形网格上离散控制方程,采用有限差分方法和混合四阶Adams-Bashforth-Moulton预报矫正格式建立了数值模型。应用所建立模型对一带沟槽沙坝海岸上产生裂流的实验进行数值模拟,将计算的波高、增减水、时均流速、时均流场等与实验数据进行了比较。数值结果与实验结果吻合较好,这说明建立的数值模型是准确有效的,为下一步应用该模型模拟实际海岸上的裂流提供了研究基础。