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三维潮流数值模型及其应用

张瑞瑾  
【摘要】: 开发和利用海洋,解决海岸河口地区的工程建设、资源开发、航道疏浚、减少城市和工业污染等实际工程问题首先都必须了解其水动力条件。潮流,是海岸带、海湾、海峡和潮汐河口地区的主要水动力学条件之一,是这些地区最基本的物质运动,其他物质诸如泥沙、盐分、各类污染物质及热量的输运过程,均伴随着潮流而运动。在海岸、环境工程中,都必须对潮流场有一较详细的了解,而数值模拟是一种了解潮流场的有效手段。 本文的主要工作是从三维潮流控制方程出发,建立了一个三维潮流数值模型,通过对有解析解情况的模拟,验证了模型的合理性。并对大连湾和广岛湾的潮流情况进行了模拟,进一步验证了该模型的合理性和对复杂地形的适用性。 (1)从Navier-Stokes方程上经过假设和简化得到的三维潮流控制方程,以Vincenzo Casulli法,采用半显半隐差分格式,建立了一个三维潮流数值模型。该模型直接对控制方程进行离散,应用欧拉-拉格朗日方法对对流项和粘性项进行了数值离散,算法具有良好的稳定性条件,可以提高计算的效率和精度。 (2)模拟了在矩形水域中传播的潮汐的情况,并与解析解进行了比较,验证了模型的合理性。 (3)模拟了大连湾及其附近水域的潮流情况。讨论了该水域的水动力情况。进一步验证了模型的合理性。 (4)模拟了广岛湾及其附近水域的潮流情况。讨论了该水域的水动力情况。验证了模型的合理性和对复杂地形的适用性。


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