论文题目: 海岸、河口区波—流联合作用下三维悬沙数值模拟及其在黄河三角洲的应用
论文类型: 博士论文
论文专业: 港口,海岸及近海工程
作者: 梁丙臣
导师: 李华军
关键词: 黄河三角洲,悬沙,湍流,切变锋
文献来源: 中国海洋大学
发表年度: 2005
论文摘要: 海岸、河口区与人类经济、生活等各个方面息息相关,对人类有着非常重要的作用。海岸、河口区是陆海交界地带,陆地海洋相互作用显著,因此存在着很多的问题,其中对工程界来讲非常重要的一个问题就是泥沙问题,泥沙所引起的岸滩演变、港口航道的淤积、水动力环境的改变等等。针对海岸工程中泥沙问题的普遍性、复杂性,本文作者基于水动力-生态耦合模式COHERENS发展了一套三维水动力-悬浮泥沙耦合模型COHERENS-SED,并且考虑到海岸、河口区波流相互作用比较显著,本文将水动力-悬浮泥沙耦合模式COHERENS-SED与物理上先进的第三代波浪模式SWAN联合,最终发展了波流联合作用下的三维水动力-悬浮泥沙耦合数学模型并将其成功的应用于黄河三角洲滨海区的潮流和悬浮泥沙输运规律的研究。由于研究区域黄河三角洲滨海区有着较高悬沙浓度的存在,本文引入了悬浮泥沙对湍流的衰减作用以及近底层湍流产生、耗散及浮力破坏的平衡假说,并根据该平衡假说推导出了单方程κ—ε湍流封闭模式近底层内的湍流能量平衡表达式。对于波浪对水流的影响,本文在水动力模型中引入波浪依赖的表面风应力的影响、波浪影响下的底部剪切应力以及波浪产生的辐射应力影响并针对这些影响进行了数值分析。根据底床沉积物特性沿垂直方向变化以及水平方向变化的特点,开发了能够处理分层、分区域底床处理模型,从而能够较好地反映现场底床沉积物实际分布情况。本文的主要工作及创新点体现在: 一、在水动力模块,本文对COHERENS作了如下发展与完善: ① 底床面处的波流相互作用引入了波浪传播方向与流方向之间夹角的影响,而原模式中则认为这两个物理过程的方向是一致的,这一点与实际有时存在
论文目录:
第一章 绪论
1.1 研究的目的、手段和意义
1.2 相关研究工作的回顾与研究现状
1.2.1 潮流场的研究历史与现状
1.2.2 波浪场的研究历史与现状
1.2.3 波流相互作用的研究历史与现状
1.2.4 悬沙的研究历史与现状
1.2.5 海岸河口区悬浮泥沙的研究历史与现状
1.3 本文的研究工作内容与创新点
参考文献
第二章 水动力数学模型构建
2.1 COHERENS水动力模块介绍
2.1.1 数值模型主控方程
2.1.2 边界条件
2.1.3 数值离散方法
2.2 波浪SWAN模型的基本理论
2.2.1 波作用主控方程
2.2.2 数值计算方法
参考文献
第三章 波流共同作用数值模拟系统的构建
3.1 辐射应力作用下的主控方程
3.2 波浪依赖的表面风应力计算及影响分析
3.2.1 表面拖曳力系数的确定
3.3 波浪影响下床面剪切应力计算
3.3.1 波流共同作用下的底部拖曳力系数的确定
3.4 波流相互作用数值分析
3.4.1 结果验证及均匀风场作用下的波流相互作用影响分析
3.4.2 波浪对水流的各个影响因素分析
3.5 小结
参考文献
第四章 波流联合作用下的悬浮泥沙数值模式的构建
4.1 悬浮泥沙主控方程与边界条件
4.2 悬浮泥沙沉降速度的计算
4.2.1 目前研究现状
4.2.2 粘性泥沙沉降速度的确定
4.2.3 非粘性泥沙沉降速度的确定
4.3 沉积通量、沉积速率的计算
4.3.1 泥沙沉积通量的研究现状
4.3.2 非粘性泥沙沉积速率的确定
4.3.3 粘性泥沙沉积通量的确定
4.4 底床泥沙侵蚀通量、侵蚀速率的计算
4.4.1 泥沙侵蚀的研究现状
4.4.2 侵蚀速率的确定
4.5 底床处理
4.6 垂向涡粘、涡扩散系数的计算
4.6.1 涡粘、涡扩散系数的计算方法
4.6.2 考虑悬浮泥沙对湍流衰减作用的涡粘、涡扩散系数计算方法
4.7 悬浮泥沙对水流的反馈作用数值分析
4.8 小结
参考文献
第五章 三维悬沙数学模型在黄河三角洲的应用
5.1 黄河三角洲水文泥沙情况概述
5.1.1 来水、来沙
5.1.2 潮波、潮流及余流
5.1.3 风、浪状况
5.1.4 盐度分布情况
5.1.5 悬沙浓度分布特征
5.1.6 底床各类型沉积物分布情况
5.2 三角洲潮流场、悬浮泥沙场数学模型配置
5.2.1 计算网格配置
5.2.2 初始条件设置
5.2.3 边界条件设置
5.3 黄河三角洲波浪场数学模型配置
5.4 计算结果验证
5.5 行水季节黄河三角洲波浪场、流场、悬浮泥沙场计算结果分析
5.5.1 流场计算结果分析
5.5.2 波浪场计算结果分析
5.5.3 底部剪切应力场、悬沙场计算结果及分析
5.6 枯水季节黄河三角洲波浪场、流场、悬浮泥沙场计算结果分析
5.6.1 流场计算结果及分析
5.6.2 波浪场计算结果及分析
5.6.3 悬沙场计算结果及分析
5.7 小结
参考文献
第六章 结束语
致谢
发布时间: 2005-10-26
参考文献
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