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《大连理工大学》 2011年
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三维非结构波流耦合数值模型建立及应用研究

王金华  
【摘要】:波流相互作用对水动力、水环境有重要影响,许多学者对这一领域进行了研究。采用非结构网格可以很好拟合复杂的岸线边界及对重点研究区域进行局部加密。目前基于非结构网格的完全波流耦合模型研究较少。本文在前人的研究工作基础上,建立了非结构波流完全耦合数值模型,并对建立的模型进行了一系列验证及应用研究。 建立了一个并行的非结构网格波浪数值模型,模型遵守波能守恒方程,考虑了浅水效应、折射、波能耗散等影响因素。对建立的波浪模型与非结构有限体积水流数值模型进行完全耦合,耦合过程包括三维辐射应力、斯托克斯漂流、波浪耗散对紊流方程的作用等。通过几个例子对建立的模型进行了验证,着重研究了“卡特里娜”飓风引起的风暴潮,模拟的波要素和水位与实测值吻合较好。通过几组试验研究了波浪效应对水位的影响,试验表明辐射应力、波浪导致的表层应力对水位影响较大,波浪导致的底层应力对水位影响较小,模型包含波浪的作用对预报风暴潮引起的水位变化至关重要。 通过拉格朗日方法研究了渤海冬夏季环流及潮、风、海气热交换和入海径流对渤海环流的影响。研究表明:粒子输移存在明显的三维结构;三个湾内水体输送均较小、表底层相差不大;渤海夏季环流强度较冬季强;由风引起的拉格朗日水体输送对渤海环流影响较大;温盐环流对水体输送的影响主要在夏季,在冬季,影响可以忽略;河流只对河口附近环流结构有影响;夏季,与热盐、风相比潮流对拉格朗日水体输送贡献较小;只考虑单分潮的作用将不能反映渤海的实际环流情况。 建立了三维溢油模拟系统用于预报海上溢油的轨迹和最终归宿。模型包括水流与输移-归宿两个模块。水流模块采用非结构有限体积、波流耦合数值模型。在输移-归宿模块中采用粒子追踪法模拟油膜的输运。油的迁移过程包括对流、扩展、紊动扩散、附着在岸边、沉降到海底等;转化过程包括挥发、溶解、乳化等。应用建立的溢油模拟系统对渤海海峡发生的突发性溢油事故进行了模拟。 对大伙房水库的平均滞留时间、水龄及水质进行了数值模拟研究。研究表明:在高、平均、低流量情况下,从上游释放的示踪物质滞留时间分别为125d、236d和521d;水龄随着上游流量变化而变化;在垂向上表层水龄较底层大,越往下游表底层水龄相差越小;水库中由温度变化引起的密度流对水龄分布具有重要影响,是引起表底层水龄分布异同的主要原因;通过敏感度分析检验了参数对水质模型的影响,模型成功再现了水质变量在时间和空间上的分布。模型可为水库的工程设计及管理提供帮助。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TV135

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
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