论文题目: 长江、嘉陵江重庆主城区段的环境流体动力学模拟
论文类型: 博士论文
论文专业: 工程力学
作者: 赵万星
导师: 陈景秋
关键词: 三峡水库,重庆两江,水环境模型,汇流比,变动回水区
文献来源: 重庆大学
发表年度: 2005
论文摘要: 模拟和预测环境流体中物质的混合和输运过程是环境管理中的一个重要环节。河流的动力特点和物质输运能力直接关系到河流的自净能力。三峡水库建成后,重庆主城区河段处于水库变动回水区的中上段,其水动力条件和物质输运能力将发生巨大变化。本文主要内容是针对重庆主城区河段的水环境管理、城市防洪和饮用水的采集等实际问题进行了环境流体动力学研究,这对于三峡工程的环境安全也是极为重要的研究,并且为三峡库区水环境的研究提供了一个有力的服务工具。因而本研究具有重要的科学意义和实际意义。本文工作主要以长江、嘉陵江重庆河段的水环境动力研究为目的,针对这类山区河流地形变化剧烈,水位涨落大,流速变化大的特点,建立相应的三维非定常流数值模型,并利用该模型研究重庆水环境变化的规律。前三章的内容是河流数值模拟的理论部分,后三章内容是数值模型在河流研究中的应用,包括西江航道整治的研究、重庆两江汇流段水动力的研究和重庆主城区河段水环境的研究。在前两个模型的成功应用的基础上,本文建立了重庆主城区河段模型并成功应用于模拟重庆两江河段的流场、浓度场和漂浮物运动。第一章提出本文工作的目的和方法,论述河流数值模拟的难点和回顾有关研究现状。第二章讨论浅水流理论和水质模型。浅水波假设符合大多数河流问题,其理论主要有Airy理论和Boussinesq理论两类。稳定而精度高的数值方法可以较为真实地反映物理现象和过程。应用有限体积法,建立了河流水质模型-嘉陵江石门段水质模型并完成了水质模拟。第三章建立了一个三维非定常流的河流数值模型。水平面采用正交贴体网格,垂向采用σ坐标,引进了静水压近似和Boussinesq近似后,采用内外模式分裂法求解动量方程和连续方程,耦合求解流场和浓度场,紊动模型采用Mellor-Yamada模型。在数据的处理上,模型建立了专门的可视化软件。第四章建立了西江四滩的悬浮物模型并应用于该河段的航道整治工程结果的预测。西江悬浮物模型模拟了复杂边界条件下的非定常水沙运动,以及河床冲淤过程。模拟的结果体现了模型在地形复杂,水流多变的河流研究中的应用能力,表明模型适用于处理运动边界、动床边界和悬沙运动,适于模拟弯道环流、绕流等流态。西江模型的建立和应用可以为动力条件相似的重庆河段的研究打下了基础。第五章针对重庆河段复杂的两江汇流问题,建立两江汇流段水动力模型。模
论文目录:
中文摘要
英文摘要
1 前言
1.1 概述
1.2 河流水环境数值模拟及其发展
1.2.1 概述
1.2.2 CFD 基本思想及其方法
1.2.3 流动控制方程
1.2.4 离散方法
1.2.5 网格构造
1.2.6 自由面流
1.2.7 湍流(紊流)模型
1.2.8 两相流和异重流
1.2.9 水质模型及其发展
1.3 本文工作
2 浅水方程和数值模型
2.1 本章概述
2.2 浅水长波方程
2.2.1 Airy 浅水长波方程
2.2.2 Boussinesq 方程
2.2.3 水流和输运通用微分方程
2.3 数值计算
2.3.1 有限体积法的离散形式
2.3.2 数值计算
2.4 水质模型
2.4.1 模型方程
2.4.2 扩散系数
2.5 算例－嘉陵江石门段水质的二维数值模拟
2.5.1 流场计算
2.5.2 污染物浓度场的求解
2.6 本章小结
3 河流数值模型
3.1 本章概述
3.2 模型基本方程
3.2.1 简介
3.2.2 基本方程的简化近似
3.2.3 模型基本方程
3.2.4 边界条件的选取
3.3 垂向紊动方程
3.4 数值方法
3.4.1 变量分布
3.4.2 M-P 格式(Madala －Piacsek,1977)
3.5 悬浮物模型
3.5.1 悬浮物对流扩散方程
3.5.2 对流扩散方程求解
3.5.3 悬浮－沉降模型
3.5.4 多层沉床模型
3.6 模型前后处理
3.6.1 地形处理和网格生成
3.6.2 图形可视化
3.6.3 GIS 应用
3.7 本章小结
4 算例-西江航道整治数学模型
4.1 本章概述
4.2 简介
4.2.1 西江特点以及水沙条件
4.2.2 工程布置和数学模型要求
4.3 二维数学模型
4.3.1 模型方程
4.3.2 地形处理和网格生成
4.3.3 计算方法
4.3.4 模型验证
4.4 模型结论
4.4.1 流场分析
4.4.2 河床演变计算分析
4.5 小结
5 长江、嘉陵江重庆段河流数值模型(I)两江汇流水动力模型
5.1 概述
5.2 两江汇流模型
5.2.1 研究的主要问题
5.2.2 模型前处理
5.2.3 控制方程和边界条件
5.2.4 模型验证
5.3 模型应用
5.3.1 干湿点问题
5.3.2 汇流比问题
5.3.3 滨江路的影响
5.4 本章小结
6 长江、嘉陵江重庆河段数值模拟(II)两江重庆主城区河段
水环境模型
6.1 概述
6.2 重庆地理、水文和环境现状
6.2.1 地理特点
6.2.2 长江、嘉陵江水文信息
6.2.3 重庆地区的水环境现状
6.3 长江、嘉陵江重庆河段数值模型
6.3.1 重庆河段水流条件和运动特点
6.3.2 控制方程和边界条件
6.3.3 预处理部分
6.3.4 模型验证
6.4 库区蓄水前后的流场、浓度场分析
6.4.1 天然情况下的流场和浓度场状况
6.4.2 蓄水后的流场和污染物输运状况
6.4.3 蓄水前后的流场、浓度场比较
6.4.4 漂浮物运动的模拟
6.5 三峡水库运行30 年后，重庆河段水环境状况
6.5.1 重庆河段随水库运行的变化
6.5.2 流场和浓度场状况和变化
6.6 本章小结
7 总结和展望
7.1 总结
7.2 展望
致谢
参考文献
附录
独创性声明
学位论文版权使用授权书
发布时间: 2006-12-05
参考文献
- [1].基于GPU加速的三维水动力数值模型及应用研究[D]. 赵旭东.大连理工大学2017
- [2].近岸波浪对结构物作用耦合数值模型及其工程应用[D]. 齐鹏.大连理工大学2001
- [3].三维非结构波流耦合数值模型建立及应用研究[D]. 王金华.大连理工大学2011
- [4].感潮河道三维水流泥沙数值模型研究与应用[D]. 夏云峰.河海大学2002
- [5].不规则地形上浅水动力学数值模型研究[D]. 王鑫.武汉大学2010
- [6].波浪－结构物－海床耦合系统动力学研究[D]. 华蕾娜.清华大学2009
- [7].江汉—洞庭平原流域水文模型与地下水数值模型耦合模拟研究[D]. 王军霞.中国地质大学2015
- [8].SPH强非线性水动力学数值模型的改进与应用[D]. 高睿.大连理工大学2011
- [9].波—流共同作用下长江口二维悬沙数值模拟[D]. 胡克林.华东师范大学2003
- [10].背景太阳风的三维数值模拟研究[D]. 杨利平.中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）2011
相关论文
- [1].浅海与湖泊三维环流及水质数值模拟研究和应用[D]. 王惠中.河海大学2001
- [2].大型湖泊水库平面及垂向二维流场与水质数值模拟[D]. 冯民权.西安理工大学2003
- [3].近海海域三维水动力学与水质模拟及其可视化研究[D]. 詹世平.大连理工大学2004
- [4].黄海南部近岸海域水动力特性及污染物输移扩散规律研究[D]. 徐明德.同济大学2006
- [5].浑水水质模型研究及其在三峡库区岸边水质模拟中的应用[D]. 申满斌.清华大学2005
- [6].三峡水库岸边水域水环境特性及承载能力研究[D]. 刘昭伟.清华大学2005
- [7].三峡水库香溪河库湾富营养化及春季水华研究[D]. 叶麟.中国科学院研究生院（水生生物研究所）2006
- [8].长江和三峡库区浮游植物季节变动及其与营养盐和水文条件关系研究[D]. 曾辉.中国科学院研究生院（水生生物研究所）2006
- [9].长江沿程河湖及城市内河水质评价与模拟研究[D]. 高学民.北京大学2000
- [10].河流水动力及水质模型研究[D]. 张明亮.大连理工大学2007