带有植物的河道水流紊流运动大涡模拟
【摘要】：
本文结合“带有植物的河道水流紊流运动数值计算研究”项目，应用大涡模拟方法，提出了两个河道水流紊流运动大涡模拟数值计算模型，并应用模型对带有植物的河道水流紊流运动进行了数值模拟计算研究。
在应用大涡模拟方法求解数值计算模型控制方程时，亚网格雷诺应力项沿用了亚网格涡粘性系数思路，引入亚网格紊流脉动动能k的输运方程，建立了关于亚网格紊流脉动动能k和紊流特征长度l的k-l模型求解。植物的阻碍作用反映为对水流的拉力与阻碍水流运动所做的功。
针对非淹没植物情况，建立了准三维的河道水流浅水紊流问题大涡模拟数值计算模型，称为k-l LES模型。应用该模型进行了存在非淹没植物的河道水流紊流运动数值计算研究，分析了非淹没植物对河道水流的影响。
针对淹没植物情况，建立了三维的河道水流紊流运动大涡模拟数值计算模型，称为3D k-l LES模型。应用该模型进行了存在淹没植物的河道水流紊流运动数值计算研究，分析了淹没植物对河道水流的影响。
模型数值模拟结果显示，数值计算结果与实验值吻合较好，证明了上述模型的可靠性和有效性。k-l LES模型和3D k-l LES模型为进行带有植物的河道水流紊流运动数值计算研究，特别是对分析存在植物的河道水流运动形态及由于植物的阻碍在河道中产生的大尺度涡的形成、发展研究提供了一个新的研究途径。该模型有着广泛的应用前景，对于研究紊流结构及紊流运动机理具有一定的理论意义和工程意义。
【关键词】：【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：TV143.1
【DOI】：CNKI:CDMD:1.2002.112509
【目录】：
- 第一章 绪论9-23
- §1—1 论文背景9-11
- §1—2 河道水流紊流运动研究简介11-15
- §1—3 紊流数值模拟的研究发展概述15-18
- 1—3—1 紊流运动控制方程及其特性15-16
- 1—3—2 紊流运动数值模拟研究16-17
- 1—3—3 离散方法概述17-18
- §1—4 带有水中植物的河道水流研究发展概述18-22
- §1—5 本文的主要内容22-23
- 第二章 河道水流紊流运动大涡模拟控制方程建立及其应用23-35
- §2—1 引言23
- §2—2 大涡模拟23-26
- 2—2—1 大涡模拟方法的基本思路23-24
- 2—2—2 大涡模拟滤波及滤波函数24-25
- 2—2—3 大涡模拟NSE方程组25-26
- §2—3 亚网格模型—单方程模型26-31
- 2—3—1 亚网格模型—单方程模型基本思路26-27
- 2—3—2 亚网格紊流脉动动能输运微分方程27-31
- §2—4 大涡模拟方法与时均统计方法的异同31-32
- §2—5 生长植物的河道水流紊流运动大涡模拟控制方程32-35
- 2—5—1 植物对水体的阻力33-34
- 2—5—2 生长植物的河道水流紊流运动大涡模拟控制方程34-35
- 第三章 带有植物的河道水流紊流运动研究（一）35-89
- §3—1 引言35
- §3—2 带有植物的河道水流浅水控制方程及其求解35-56
- 3—2—1 带有植物的河道水流浅水问题控制方程35-36
- 3—2—2 带有植物的河道水流浅水问题控制方程的求解36-38
- 3—2—3 带有植物的河道水流浅水问题控制方程的离散38-56
- §3—3 浅水问题大涡模拟模型（k-l LES）的应用56-89
- 3—3—1 实验模型概述56-58
- 3—3—2 模型计算网格、边界条件、初始条件和稳定性条件58-61
- 3—3—3 模型计算控制参数与计算步骤61-62
- 3—3—4 模型计算结果与分析62-88
- 3—3—5 k-l LES模型计算结论88-89
- 第四章 带有植物的河道水流紊流运动研究（二）89-112
- §4—1 引言89
- §4—2 有植物的河道水流紊流运动大涡模拟控制方程及其求解89-96
- 4—2—1 有植物的河道水流紊流运动大涡模拟控制方程89-90
- 4—2—2 有植物的河道水流紊流运动大涡模拟控制方程的求解90-91
- 4—2—3 有植物的河道水流紊流运动大涡模拟控制方程的离散91-96
- §4—3 大涡模拟模型（3D k-l LES）在三维紊流运动中的应用96-112
- 4—3—1 实验模型概述96-98
- 4—3—2 模型计算网格、边界条件、初始条件和稳定性条件98-101
- 4—3—3 模型计算控制参数与计算步骤101-103
- 4—3—4 模型计算结果与分析103-111
- 4—3—5 3D k-l LES模型计算结论111-112
- 第五章 结论与展望112-113
- 参考文献113-118
- 发表学术论文118
- 论文创新点摘要118-119
- 致谢119-120
- 附录120-138
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