ECOMSED模型动边界处理及其应用

论文摘要

ECOMSED模式垂向采用Sigma坐标系,在近海潮流数值模拟中已得到广泛应用。但是,ECOMSED水动力模块中未包含动边界处理技术,对近海潮间带水流的模拟显得无能为力。本文在ECOMSED水动力模块的基础上,引入动边界技术,并利用二维单一斜坡地形和二维圆形浅滩斜坡地形对其进行验证,数值模拟结果显示,改进后的ECOMSED水动力模块能成功再现由涨落潮引起的潮间带出没现象,而且水面线较光滑,没有产生零水深和负水深。利用改进后的ECOMSED水动力模块模拟了南排河中心渔港附近海域的潮流运动。潮位和流速的验证结果表明,计算值与实测值之间的误差较小,说明改进后的ECOMSED水动力模块的求解方法、边界条件和参数取值是合理的。在此基础上耦合了波浪模块和粘性泥沙输运模块,分别模拟了南排河中心渔港附近海域在纯潮流作用下的泥沙运动以及波浪和潮流共同作用下的泥沙运动。模拟结果显示,两者都较好的模拟了该地区的泥沙运动,悬沙浓度计算值与实测值基本吻合,说明在模拟潮流为主海域的泥沙运动时,只考虑潮流的作用忽略波浪的影响是可行的,但考虑波浪影响比忽略波浪作用的计算值与实测值的吻合程度要好,这说明在模拟潮流为主海域的泥沙运动时,如果条件允许的话,最好考虑波浪的影响。本项研究拓宽了ECOMSED模式的应用范围和领域,提高了ECOMSED模式对近岸海区的模拟能力。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 潮流数值模拟的研究现状
• 1.2.1 研究现状概述
• 1.2.2 二维潮流数值模拟
• 1.2.3 三维数值模拟
• 1.3 波浪数值模拟的研究现状
• 1.3.1 射线理论
• 1.3.2 缓坡方程
• 1.3.3 Boussinesq 方程
• 1.3.4 角谱模型
• 1.3.5 Laplace 方程
• 1.4 泥沙数值模拟的研究现状
• 1.5 模型简介
• 1.6 本文主要研究工作
• 第二章 三维水动力数值模拟
• 2.1 ECOMSED 模式概述
• 2.2 ECOMSED 三维潮流模拟
• 2.2.1 控制方程
• 2.2.2 边界条件
• 2.2.3 σ坐标变换
• 2.2.4 正交曲线坐标变换
• 2.3 三维潮流模型求解
• 2.3.1 数值求解方法
• 2.3.2 数值求解过程
• 2.3.3 CFL 条件
• 2.4 动边界技术及其验证
• 2.4.1 动边界技术
• 2.4.2 动边界模型算例
• 第三章 三维泥沙数值模拟
• 3.1 三维泥沙模拟简介
• 3.1.1 控制方程
• 3.1.2 边界条件
• 3.2 泥沙运动参数的确定
• 3.2.1 泥沙的沉降
• 3.2.2 底部剪切应力
• 3.2.3 泥沙沉积通量确定
• 3.2.4 泥沙再悬浮
• 3.2.5 海床演变模型
• 3.3 波浪模型
• 3.3.1 波浪模型简介
• 3.3.2 潮流和波浪引起的底部剪切力
• 第四章 南排河海域潮流数值模拟
• 4.1 南排河中心渔港概况
• 4.2 潮流数值模拟
• 4.3 小结
• 第五章 南排河海域泥沙运动数值模拟
• 5.1 纯潮作用下的泥沙运动
• 5.2 风浪作用下的泥沙运动
• 5.3 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢