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非稳态紊动扩散数值分析与船闸优化

张潮  
【摘要】: 沿海地区船运发达,很多河道有通航要求,为克服潮汐造成的水位变化而设置船闸。长期以来,由于缺乏对盐水入侵内河河道产生影响的定量评估,在船闸运行过程中为防止高盐度咸水入侵内河,通常采用将内河淡水打入闸室的方式来调节通航水位,船闸的这种运行方式不尽合理。本文结合宁波市姚江船闸的工程实例,对盐水直接排放入内河进行数值模拟,得到河道内任意位置和任意时刻盐水浓度场的分布。在此基础上设定多个排水工况加以比较,进行船闸运行调度,达到优化船闸运行的目的。论文包含的主要内容及创新点有: 1、引进了完全深度平均紊流模型,与传统深度平均紊流模型相比,该模型计入了流速在深度方向分布不均匀的影响;去掉了深度平均紊流计算中长期采用的“刚盖假定”,同时模型通过引进离散动能的输运方程,计算了二维离散项的时空分布。模型具有准三维计算的特点,又具有二维计算的便捷。 2、对船闸河道的脉冲状非稳态流场进行数值模拟,得出将盐水排放入后河道的浓度场和速度场分布。 3、提出对内河盐水浓度的紊动扩散进行数值计算及目标控制的方法做为沿海船闸优化的新技术路径。并对实例做了计算分析,检验了优化效果。 4、提出了“环境容量河段”的全新概念,优化了船闸的调度和水工设计。


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