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《重庆大学》 2010年
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基于分形理论的湍流扩散模型研究与应用

万杰  
【摘要】: 对于自然水体中普遍存在的湍流流动及其中污染物迁移扩散的模拟是当前科学研究的一个热点,近年来出现的分形理论等非线性科学为解释和描述随机性很强的湍流现象提供了较好的理论基础。论文在中德国际合作项目“三峡库区水环境污染过程控制与安全保障技术研究”(2007DFA90660)的资助下,将分形理论引入到湍流扩散的研究中,探索并验证了基于分形理论的湍流扩散水质数学模型。模型表达式为: 论文利用Visual Basic计算机通用语言对所探索的基于分形理论的湍流扩散模型进行了计算机编程,采用长江万州段2003年丰、平、枯三个水期的同步水文、水质监测数据对模型进行率定和验证,并利用所验证的湍流扩散模型对2015年成库后长江万州段的水质状况进行了预测。 通过研究,得到以下研究成果: ①采用了贴体网格的坐标变换技术,同时利用有限差分法、时间分步法、ADI法和TDMA法对复杂边界条件下的自然河段进行了水力/水质模拟计算。所采取的求解技术具有收敛速度快,计算时间短,能够适应动态模拟等优点。 ②利用所探索的分形水质模型和传统的水质模型分别对长江万州段在2003年枯水期的水文水质条件下进行了水质模拟结果的对比和分析,结果表明:分形水质模型的计算值与监测值之间的平均误差为17.1%,而传统水质模型的模拟计算值与监测值之间的平均相对误差为18.7%。两者相比,分形水质模型在模拟的精度方面占有一定优势。 ③对所探索的分形水质模型在长江万州段2003年丰、平水期的水文水质情况下进行了率定和验证,验证结果为:计算值与实际监测值之间的最大相对误差为34.4%,最小相对误差为6.6%,平均相对误差为20.6%,计算值与监测值在误差容许范围以内。 ④在水质预测方面,论文利用所探索的分形水质模型对2015年成库后的长江万州段进行了水质的预测和分析,预测分析结果主要有以下几点:第一,随着三峡库区蓄水水位的抬高,水流运动速度显著减小,水体的紊动渗混能力减弱,水流水质横断面分布的不均匀性将会更加明显。第二,从污染物浓度沿横向断面变化可以看出,江段岸边的污染物浓度明显高于江段中心,这是由于库区污染物的排放大多为岸边排放。第三,论文在进行水质预测时,采用的是设计条件下的水文水质状况,能准确反应设计条件下的水质变化状况,但却很难与成库前的水质状况进行比较。第四,从两种不同设计水文条件下的浓度场可以看出,江段水质的浓度范围主要受进口断面水质的控制。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:X143

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【参考文献】
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