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《大连理工大学》 2006年
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基于Godunov和Semi-Lagrangian法的二、三维浅水方程的非结构化网格离散研究

王志力  
【摘要】:本文应用Godunov方法,建立了一、二维带源项浅水方程的高精度、高分辨率非结构化网格模型。提出了特征分解和迎风处理源项的方法,保证模型的和谐性,增加模型的稳定性。应用Semi-Lagrangian法和GLS(Generic Length Scale)紊流封闭方程建立了快速、稳定的三维浅水流动非结构化网格紊流斜压力模型及物质输运模型。 首先,以Roe类型的近似Riemann解为基础,建立了一维带源项浅水方程的通量平衡Godunov求解格式。提出了特征分解和迎风处理源项的方法,平衡了非平底时界面通量,保证了变宽、非平底坡浅水方程计算的和谐性、增加了格式的稳定性。采用空间重构和两步的Runge-Kutta法,建立了时空均为二阶精度的高分辨率计算模型。通过恒定喉口流动、水滴坍塌等算例验证了模型。 其次,采用非结构化网格技术,建立了二维浅水方程的高精度,高分辨率计算模型。对底坡源项仍采用特征分解和迎风离散,保证格式的和谐性。采用MP法则,利用空间重构和两步Runge-Kutta法建立二阶精度的非结构网格模型。模型在干湿界面处采用限制水深技术,增强了模型处理非恒定动边界问题的能力,提高了模型的实用性。通过二维方形溃坝,超临界流倾斜水跃,非平底水池溃坝的恒定流与非恒定流以及非对称溃坝物理模型试验等,验证模型的分辨率,精度和守恒性等,并将其应用到胖头泡蓄滞洪区淹没过程的模拟和广西蓬莱滩河段的模拟。 第三,在非结构化网格技术和Semi-Lagrangian法基础上,建立了三维浅水流动的正交非结构化网格紊流斜压力模型。模型在平面采用四边形和三角形等非结构化网格离散,垂向进行直接分层,对自由面进行直接捕捉。模型对连续性方程和动量方程的垂向扩散项采用半隐式离散,对流扩散项采用Semi-Lagrangian格式离散,因而模型具有“无条件稳定性”。紊流封闭模型采用GLS双方程模型,根据不同的参数可以取k-ε,k-w,MY2.5等不同紊流模型进行计算,为研究各种紊流模型的适应性提供了方便。模型具有快速,稳定等特点,适合对大范围的水体进行长时段的模拟。 第四,在三维紊流模型中,组装温度和盐度等物质输运模块,建立了环境水力学模型。通过丁坝绕流,270°弯曲渠道的自由表面流,河口锋和厄勒海峡潮流等计算实例,从多方面验证了模型具有稳定、实用、高效、灵活等优点。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TV131.2

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【引证文献】
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1 王志力;陆永军;耿艳芬;;一维孔隙率浅水方程及其数值离散[J];力学学报;2008年05期
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1 假冬冬;非均质河岸河道摆动的三维数值模拟[D];清华大学;2010年
2 耿艳芬;城市雨洪的水动力耦合模型研究[D];大连理工大学;2006年
3 顾峰峰;芦苇阻力系数物模及湿地水流数模研究[D];大连理工大学;2006年
4 胡德超;三维水沙运动及河床变形数学模型研究[D];清华大学;2009年
【参考文献】
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4 胡维平,秦伯强;太湖水动力学三维数值试验研究——4.保守物质输移扩散[J];湖泊科学;2002年04期
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10 王晓建,张廷芳;非正交网格有限体积法在三维潮流场计算中的应用[J];水动力学研究与进展(A辑);1997年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 宿晓辉;带有植物的河道水流紊流运动大涡模拟[D];大连理工大学;2002年
【共引文献】
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1 潘晓东;唐健生;田竹君;李振兴;;花道泡水质模拟预测研究[J];安徽农业科学;2009年21期
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4 王华;逄勇;张刚;胡开明;;滨江潮汐型水体水下光场时空分布模拟[J];北京理工大学学报;2009年06期
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8 张修忠,王光谦,金生;浅水流动有限元分析及其高分辨率格式[J];长江科学院院报;2001年01期
9 王志力,耿艳芬,金生;安康枢纽下游非恒定流数学模型研究[J];长江科学院院报;2005年05期
10 谢小玲;苏海东;林绍忠;;穿黄隧洞纵向变形三维有限元分析[J];长江科学院院报;2010年07期
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1 鲍益东;陈文亮;;钣金成形快速模拟算法的研究与开发[A];2010’力学与工程应用学术研讨会论文集[C];2010年
2 杨晓君;磊磊;吕江津;何群英;王颖;;对一次渤海风暴潮过程数值模拟检验[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2009年
3 潘存鸿;林炳尧;;钱塘江涌潮研究进展[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(下册)[C];2009年
4 刘虎英;蒋昌波;邓斌;陈杰;;挖入式港池回流三维动力特性分析[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(下册)[C];2009年
5 马方凯;江春波;;ECOMSED模型的改进和检验[A];水力学与水利信息学进展 2009[C];2009年
6 刘桦;何友声;;河口三维流动数学模型研究评述[A];第十三届全国水动力学研讨会文集[C];1999年
7 穆锦斌;张小峰;张艳霞;屈文谦;;基于斜对角笛卡尔方法的分蓄洪区水流数学模型研究[A];第七届全国水动力学学术会议暨第十九届全国水动力学研讨会文集(上册)[C];2005年
8 潘存鸿;戴世强;;基于无结构网格的二维浅水间断流动数值模拟[A];第七届全国水动力学学术会议暨第十九届全国水动力学研讨会文集(上册)[C];2005年
9 罗小峰;辛文杰;陈志昌;;潮汐河口盐度紊动扩散系数探讨——以长江口盐度数学模型为例[A];第七届全国水动力学学术会议暨第十九届全国水动力学研讨会文集(下册)[C];2005年
10 向小华;王船海;吴晓玲;;基于加权平均格式的二维溃坝模型[A];第二十一届全国水动力学研讨会暨第八届全国水动力学学术会议暨两岸船舶与海洋工程水动力学研讨会文集[C];2008年
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1 余枫;海上搜救模拟器中近海溢油的实时仿真与可视化研究[D];大连海事大学;2010年
2 宋军;水交换模型的理论方法及应用研究[D];中国海洋大学;2010年
3 李杰;Falls Lake水库水质的数值模拟研究及分析[D];中国海洋大学;2010年
4 刘高峰;长江口水沙运动及三维泥沙模型研究[D];华东师范大学;2011年
5 李佳;乐清湾环境水力特性研究[D];浙江大学;2010年
6 刘桂卫;黄河三角洲地区地面沉降和风暴潮灾害特征及其环境效应研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2010年
7 董俊哲;基于Hamilton体系的非线性浅水波分析方法[D];大连理工大学;2011年
8 康苏海;三维水动力数值模拟及可视化研究[D];大连理工大学;2011年
9 乌云;乌梁素海上覆水体与表层沉积物污染特征及其污染物迁移转换规律研究[D];内蒙古农业大学;2011年
10 付庆军;渤海湾温带风暴潮数值计算模式的研究与应用[D];天津大学;2010年
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1 蒋晶晶;糙率变化对圣维南方程组数值解的影响[D];郑州大学;2010年
2 姜英芳;交汇式溢洪道模型试验研究和数值模拟[D];郑州大学;2010年
3 侯鹏;基于双曲型方程RKDG法在流场及声场中的数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 周远方;大南川水库溃坝的数值模拟研究[D];长沙理工大学;2010年
5 侯斌;低水头航电枢纽泄水闸下游局部冲刷问题研究[D];长沙理工大学;2010年
6 邱照宇;基于FVCOM模拟河流输入对胶州湾水质的影响[D];中国海洋大学;2010年
7 武燕蕾;抽水蓄能电站卜型岔管水力特性数值模拟研究[D];河北工程大学;2010年
8 蔡武林;近海堵坝对潮汐河口淤积影响的数值模拟及试验研究[D];浙江大学;2011年
9 田振华;植物生长对梯形河槽水沙运动特性的影响研究[D];昆明理工大学;2010年
10 张宗坤;河口水域盐水入侵的试验研究和数值模拟[D];太原理工大学;2011年
【同被引文献】
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1 张明亮,沈永明,吴修广;3D Numerical Simulation of Overbank Flow in Non-Orthogonal Curvilinear Coordinates[J];China Ocean Engineering;2005年03期
2 陆永军;左利钦;邵学军;王红川;李浩麟;;A 2D Mathematical Model for Sediment Transport by Waves and Tidal Currents[J];China Ocean Engineering;2005年04期
3 范北林,黄煜龄,董耀华;河道平面二维泥沙数学模型研究与验证[J];长江科学院院报;1993年02期
4 夏军强,王光谦;剖面二维悬移质泥沙输移方程的分步解法[J];长江科学院院报;2000年02期
5 张杰,李永红;平面二维河床冲淤计算有限体积法[J];长江科学院院报;2002年05期
6 解以扬,李大鸣,沈树勤,李培彦,韩素芹,曾明剑;“030704”南京市特大暴雨内涝灾害的仿真模拟[J];长江科学院院报;2004年06期
7 王志力,耿艳芬,金生;安康枢纽下游非恒定流数学模型研究[J];长江科学院院报;2005年05期
8 余文畴;;长江中下游河道崩岸机理中的河床边界条件[J];长江科学院院报;2008年01期
9 施少华,林承坤,杨桂山;长江中下游河道与岸线演变特点[J];长江流域资源与环境;2002年01期
10 丛翔宇;倪广恒;惠士博;田富强;赵月芬;;城市立交桥暴雨积水数值模拟[J];城市道桥与防洪;2006年02期
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1 张小峰;谢葆玲;许全喜;;三峡水库蓄水初期泥沙淤积预测模型研究[A];中国水力发电工程学会水文泥沙专业委员会第六届学术讨论会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 宿晓辉;带有植物的河道水流紊流运动大涡模拟[D];大连理工大学;2002年
2 殷峻暹;城市防洪与供水模糊集与风险分析理论研究与应用[D];大连理工大学;2002年
3 赖锡军;温盐分层流的非结构网格数值模拟[D];河海大学;2004年
4 章四龙;洪水预报系统关键技术研究[D];河海大学;2005年
5 万五一;长距离输水系统的非恒定流特性研究[D];天津大学;2004年
6 朱春龙;城市水环境系统控制决策支持技术研究[D];河海大学;2005年
7 胡德超;三维水沙运动及河床变形数学模型研究[D];清华大学;2009年
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1 耿艳芬;河网水沙的数值模拟[D];大连理工大学;2003年
2 侯咏梅;水击理论与计算研究[D];郑州大学;2003年
3 王博;连续弯道水流及床面变形的试验研究[D];清华大学;2008年
【二级引证文献】
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1 孙先;杨文俊;王国栋;;基于σ坐标变换和水位函数法的立面二维水动力学模型[J];长江科学院院报;2012年07期
2 刘凤丽;黄国兵;;旱涝急转形成机理及城市防涝减灾体系研究进展[J];长江科学院院报;2012年11期
3 胡德超;李小娟;廖洋生;;淹没式取水工程附近水流运动三维数值模拟[J];长江科学院院报;2013年10期
4 焦璀玲;王昊;翟雯;;水质模型在平阴湿地水质净化中的应用[J];南水北调与水利科技;2009年06期
5 焦璀玲;王昊;李永顺;翟雯;;人工湿地在水环境改善方面的应用[J];南水北调与水利科技;2010年02期
6 王昆;金生;马志强;高述峰;;基于和谐性离散格式求解带源项的二维浅水方程[J];水动力学研究与进展A辑;2009年05期
7 假冬冬;邵学军;张幸农;周建银;;三峡水库蓄水初期近坝区淤积形态成因初步分析[J];水科学进展;2011年04期
8 唐洪武;闫静;肖洋;吕升奇;;含植物河道曼宁阻力系数的研究[J];水利学报;2007年11期
9 杜钦;杨淑慧;任文玲;仲启铖;王开运;;植物根系固岸抗蚀作用研究进展[J];生态学杂志;2010年05期
10 肖毅;杜梦;邵学军;;游荡型河流转化控制因素的二维数值模拟[J];天津大学学报;2012年09期
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1 耿艳芬;;排水管网明满交替非恒定流数学模型[A];第二十一届全国水动力学研讨会暨第八届全国水动力学学术会议暨两岸船舶与海洋工程水动力学研讨会文集[C];2008年
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1 杜钦;崇明岛南岸不同植物配置模式护岸能力及优化策略研究[D];华东师范大学;2011年
2 假冬冬;非均质河岸河道摆动的三维数值模拟[D];清华大学;2010年
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4 王磊;基于模型的城市排水管网积水灾害评价与防治研究[D];北京工业大学;2010年
5 杨方社;沙棘柔性坝水土保持生态效应与机理研究[D];西安理工大学;2009年
6 惠二青;植被之间水流特性及污染物扩散试验研究[D];清华大学;2009年
7 权瑞松;典型沿海城市暴雨内涝灾害风险评估研究[D];华东师范大学;2012年
8 闫军;心滩守护工程影响航道水沙特性的数值模拟研究[D];武汉大学;2013年
9 郭晓明;湖泊群水环境数学模型及其应用研究[D];华中科技大学;2013年
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1 黄晶;基于GIS的广州市新河浦社区城市雨洪模型研究[D];华南理工大学;2011年
2 徐永利;城市洪水灾害积水仿真模型及预案库建设研究[D];山东大学;2011年
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7 龚伟;针对暴雨积水灾害的城市防汛决策支持系统研究[D];河海大学;2007年
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【二级参考文献】
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6 金生;FAP──流动分析通用有限元程序[J];大连理工大学学报;1997年06期
7 梁瑞驹,仲金华;太湖风生流的三维数值模拟[J];湖泊科学;1994年04期
8 张利民,濮培民,大西行雄;一个三维斜压水动力模型的建立及其在日本琵琶湖中的应用[J];湖泊科学;1996年01期
9 黄平,毛荣生;湖泊三维风生流隐式差分模型的研究[J];湖泊科学;1997年01期
10 胡维平,濮培民,秦伯强;太湖水动力学三维数值试验研究──1.风生流和风涌增减水的三维数值模拟[J];湖泊科学;1998年04期
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2 李春娜;叶正寅;王刚;;基于二维非结构网格的GMRES隐式算法[J];西北工业大学学报;2007年05期
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4 周涤宇;刘杰;;一种改进的求解输运方程的并行Sn扫描算法[J];计算机工程与科学;2008年04期
5 彭恒初;吴望一;;基函数法在黏性可压缩流动中的研究与应用[J];北京大学学报(自然科学版);2009年06期
6 黄士力;徐健;汪德爟;陆东燕;;风暴潮变分同化模型[J];水动力学研究与进展A辑;2010年04期
7 朱军政;曹颖;;FVCOM模型在象山港三维潮流盐度计算中的应用[J];海洋环境科学;2010年06期
8 赵春霞;王凯;马海峰;魏延福;程舜;;二维水流数学模型在涉水工程中数值模拟研究[J];水科学与工程技术;2011年03期
9 张雅,刘淑艳,王保国;使用RSM模型对旋风除尘器内湍流各向异性的数值模拟[J];工程热物理学报;2005年S1期
10 任登凤,谭俊杰,张军;GMRES方法在含动边界流场中的应用[J];力学与实践;2005年05期
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5 徐陈锋;奚宏生;江琦;殷保群;;一类分层非结构化P2P系统的随机优化[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
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7 王振亚;叶友达;;基于非结构网格的隐式方法的比较[A];计算流体力学研究进展——第十一届全国计算流体力学会议论文集[C];2002年
8 祝世京;陈珽;;非结构化冲突问题分析的研究[A];企业发展与系统工程——中国系统工程学会第七届年会论文集[C];1992年
9 王平;朱自强;;曲面非结构网格生成法研究[A];第十届全国计算流体力学会议论文集[C];2000年
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4 郭莹;全文检索市场空间大[N];中国计算机报;2006年
5 杨丽;神州数码等四家IT企业加盟UOML[N];科技日报;2006年
6 冠;富士施乐推广财务管理服务[N];计算机世界;2008年
7 晓文;中国IT业冲刺国际标准[N];中国经济导报;2006年
8 陈伟;“非结构化档案信息及档案异构数据库管理系统”通过验收[N];中国档案报;2008年
9 本报记者 周锦鸾;高效管理 非结构化信息[N];中国计算机报;2001年
10 胥小红;企业搜索跨入拐点[N];科技日报;2007年
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5 朱桂明;非结构化对等网络资源定位技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
6 张珂;面向服务发现应用的非结构化覆盖网络建模与分析[D];清华大学;2009年
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8 王铁军;非结构化对等网络资源定位技术研究[D];电子科技大学;2010年
9 王兰;超燃冲压发动机整机非结构网格并行数值模拟研究[D];中国空气动力研究与发展中心;2007年
10 王平;非结构化对等网络中的信任机制及搜索策略研究[D];西南大学;2010年
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5 赵滋阳;非结构网格下气动热力耦合数值方法研究[D];南京航空航天大学;2009年
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7 兰大辉;非结构网格上求解流场的初步研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 王芯婷;非结构化金融数据管理系统的设计与实现[D];华中科技大学;2012年
9 刘静;非结构化数据处理技术在科技管理中的应用与研究[D];昆明理工大学;2013年
10 戴阳豪;基于非结构网格的二维水流数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
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