论文题目: VOF方法在水利水电工程中的应用和探索
论文类型: 硕士论文
论文专业: 水利水电工程
作者: 方杰
导师: 张健
关键词: 两相流,方法,溃坝洪水模拟,长距离输水管道,运动界面追踪
文献来源: 河海大学
发表年度: 2005
论文摘要: 对自由面的处理一直是两相、多相流中数值模拟的重点和难点。两相流、多相流流场中相与相之间交接边界上的压力、速度边界条件设定得是否合理和满足条件依赖于对自由面的描述精确与否。动边界上各种条件的规定同样对整个非定时流场的数值模拟结果有着直接的影响。因此,对两相流中自由面处理方法的研究是我们结合N-S方程和质量守恒方程解决这类问题的前提所在。 本文主要采用YOUNGS-VOF方法并结合粘性不可压缩流体的控制方程N-S方程和质量守恒方程对水利水电工程中经常遇到的带自由面的问题进行了研究,如:溃坝洪水流场问题、长距离管道中的气液两相瞬变流现象。本文的主要研究内容和主要思路如下: 1.自由面问题和处理方法的研究 已有文献表明:对于两相、多相瞬变流的研究很早已经展开,而在水利水电工程中也涉及到很多这样的问题,如溃坝洪水预测、长距离输水管道气液两相瞬变流、城市地下密闭排水系统等等。而对于此类粘性不可压缩流体的自由交界面问题的处理方法有很多:标记子追踪自由面和流体区域的MAC方法;根据计算网格内流体体积的变化来确定自由面位置和形状的VOF方法;波前追踪方法;利用零等值函数设定两相交界面的LEVEL SET方法;考虑界面效应的相域法。这些方法中,VOF方法原理简单,计算精确,因而有了长足的发展。 2.VOF方法的发展和研究进展 VOF方法由Hirt提出以来,众多学者和专家从流体体积输运方程的差分格式、自由面内流体的传输和自由面的重构方式三方面作了众多改进,其目标是为了提高模拟自由面的精度和准确性。并且提出此方法适用于两相、多相流体的相互不相扩散和渗透的交界面追踪,将该方法的适用性进一步扩展,由最初只适合矩形网格发展适用于无结构网格。本文结合YOUNGS-VOF方法根据以前学者的研究,对单元网格内自由面斜线的重构和模拟采用二分法,使自由面斜线的求解更加简便。 3.溃坝洪水演进研究 本文采用YOUNGS-VOF方法结合粘性不可压缩流体的控制方程、质量守恒方
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1．1 两相流、多相流的研究进展
1．1．1 多相流体有关概念
1．1．2 多相流体的数学模型
1．1．3 研究多相流的目的和意义
1．1．4 水利水电中多相流的自由面问题
1．2 多相流中运动交界面的处理方法
1．3 本文的主要研究内容和研究目的
1．3．1 VOF方法的研究
1．3．2 溃坝洪水数值模拟研究
1．3．3 输水管道中气液两相流特性研究
1．4 本文的主要研究内容和研究目的
1．5 本章小结
第二章 VOF方法的原理和研究进展
2．1 VOF方法的原理
2．1．1 VOF方法的数学原理
2．1．2 VOF方法的数值差分格式
2．2 VOF方法的研究进展
2．2．1 VOF方法在差分格式上的改进
2．2．2 VOF方法在自由面流体单元上流体输运规则的改进
2．2．3 VOF方法在自由面重构方法上的改进
2．2．4 YOUNGS-VOF方法的研究
2．3 VOF方法的应用和前景
2．3．1 VOF方法在多相流中的应用情况
2．3．2 VOF方法的应用前景
2．4 本章小结
第三章 粘性不可压缩流体瞬态流动的基本方程及数值方法
3．1 引言
3．2 基本方程和离散方法
3．2．1 粘性不可压缩流体的基本方程
3．2．2 基本方程的离散方法
3．2．3 方程的求解方法
3．3 YOUNGS-VOF方法的求解步骤
3．4 边界条件的处理
3．4．1 固壁边界条件
3．4．2 自由面边界条件
3．4．3 进出口边界条件
3．5 本章小结
第四章 溃坝洪水数值模拟
4．1 溃坝物理模型
4．2 数值计算结果
4．3 结果分析
4．4 本章小结
第五章 输水管道气液两相流的特性研究
5．1 物理模型
5．1．1 输水管道系统组件
5．1．2 输水管道系统物理模型的建立
5．2 一维数学模型
5．2．1 一维数学模型控制方程
5．2．2 特征线法
5．2．3 数值求解方法
5．3 数值结果和分析
5．3．1 数值初值条件
5．3．2 研究内容
5．3．3 数值结果分析
5．4 二维数学模型
5．5 数值结果和分析
5．5．1 基本参数和基本工况说明
5．5．2 计算工况图
5．6 一维数值结果和二维数值结果比较
5．7 本章小结
第六章 总结与展望
6．1 结论
6．1．1 两相、多相流和数值模拟方法的研究进展
6．1．2 自由面方法的介绍
6．1．3 VOF方法的改进和发展
6．1．4 VOF方法在水利水电工程中的应用和探索
6．2 展望
6．2．1 VOF方法的进一步改进
6．2．2 本文研究内容需进一步研究的问题
6．2．3 VOF方法在水利水电工程中的前景
6．2．4 VOF方法亟待解决的问题
参考文献
致谢
发布时间: 2005-07-07
参考文献
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