本文關(guān)鍵詞：三維紊流泥沙數(shù)學(xué)模型及其應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 目前，紊流模型已被廣泛應(yīng)用于各種工程問題的水流計(jì)算，其中，K—ε雙方程模型，以其有效性和精度，使用最為普遍。然而，由于它假定紊動(dòng)粘滯性是各向同性的，在一些復(fù)雜的紊流運(yùn)動(dòng)計(jì)算中其應(yīng)用受到限制。近年來(lái)，竇國(guó)仁發(fā)表了“紊流隨機(jī)理論”，提出了新的各向異性紊動(dòng)的Reynolds應(yīng)力表達(dá)式，并改進(jìn)了壁面律公式。這一理論具有廣闊的應(yīng)用前景。 本文在作者以往建立的二維紊流泥沙數(shù)學(xué)模型(2DTSM)基礎(chǔ)上，根據(jù)竇國(guó)仁的紊流隨機(jī)理論，，建立了三維紊流泥沙數(shù)學(xué)模型。主要內(nèi)容如下： (1)開發(fā)了基于K—ε紊流模型的三維水流數(shù)值計(jì)算程序，并用于明渠丁壩繞流的流場(chǎng)計(jì)算。 (2)根據(jù)竇國(guó)仁的紊流隨機(jī)理論，導(dǎo)出了各向異性紊流的Reynolds應(yīng)力的數(shù)值格式，從而開發(fā)了基于紊流隨機(jī)模型的三維水流計(jì)算程序，運(yùn)用該程序計(jì)算了航槽內(nèi)的三維流場(chǎng)，得到的結(jié)果與水槽試驗(yàn)資料吻合良好。 (3)在三維紊流模型的基礎(chǔ)上，給出了描述三維懸沙運(yùn)動(dòng)及床沙級(jí)配的控制方程，建立了三維紊流泥沙數(shù)學(xué)模型(3DTSM)。用水槽沖淤試驗(yàn)含沙量沿垂線分布資料及葛洲壩水利樞紐建庫(kù)前后水沙資料對(duì)該模型進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果基本一致。 (4)將所建的三維紊流泥沙數(shù)學(xué)模型應(yīng)用于三峽工程壩區(qū)泥沙沖淤問題的研究，預(yù)測(cè)了三峽工程建成后壩區(qū)上游河段泥沙沖淤發(fā)展過程及其分布、河床淤積物級(jí)配組成及不同時(shí)期、不同高程的流場(chǎng)、含沙場(chǎng)等，計(jì)算結(jié)果與清華大學(xué)、長(zhǎng)江科學(xué)院、南京水利科學(xué)研究院物理模型試驗(yàn)值比較接近。
【關(guān)鍵詞】：紊流 隨機(jī)理論 非均勻泥沙 河床沖淤 三峽工程 數(shù)學(xué)模型
【學(xué)位授予單位】：南京水利科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2002
【分類號(hào)】：TV149
【目錄】：

• 中文摘要2-3
• 英文摘要3-9
• 0 序言9-11
• 0．1 問題的提出及意義9
• 0．2 本文的主要內(nèi)容9-11
• 1 紊流泥沙數(shù)學(xué)模型研究進(jìn)展11-30
• 1．1 紊流數(shù)值模擬研究進(jìn)展11-18
• 1．1．1 紊流的數(shù)值模擬方法11-12
• 1．1．2 紊流的基本方程12
• 1．1．3 紊流模型12-16
• 1．1．3．1 零方程模型13-14
• 1．1．3．2 一方程模型14
• 1．1．3．3 K—ε雙方程模型14-16
• 1．1．4 紊流數(shù)值模擬中的網(wǎng)格劃分16-17
• 1．1．5 三維紊流數(shù)值模型擬的進(jìn)展17-18
• 1．2 泥沙數(shù)學(xué)模型研究進(jìn)展18-30
• 1．2．1 一維泥沙數(shù)學(xué)模型19-21
• 1．2．1．1 概述19
• 1．2．1．2 阻力19-20
• 1．2．1．3 水流挾沙能力20
• 1．2．1．4 非均勻推移質(zhì)輸移20
• 1．2．1．5 計(jì)算方法20-21
• 1．2．2 二維泥沙數(shù)學(xué)模型21-25
• 1．2．2．1 基本方程（控制方程）21-22
• 1．2．2．2 紊流閉合22-23
• 1．2．2．3 阻力23
• 1．2．2．4 水流挾沙能力23-24
• 1．2．2．5 非均勻推移質(zhì)輸移及床沙交換計(jì)算24
• 1．2．2．6 計(jì)算方法24-25
• 1．2．3 三維泥沙數(shù)學(xué)模型25-30
• 1．2．3．1 自由表面26
• 1．2．3．2 床面上泥沙條件26-29
• 1．2．3．3 數(shù)值計(jì)算方法29-30
• 2 紊流隨機(jī)理論及其應(yīng)用30-43
• 2．1 概述30
• 2．2 紊流隨機(jī)理論30-34
• 2．3 紊流隨機(jī)理論在明渠流中的應(yīng)用34-38
• 2．3．1 斷面流速分布34-35
• 2．3．2 各流區(qū)統(tǒng)一的流速分布規(guī)律35-37
• 2．3．3 明渠的脈動(dòng)結(jié)構(gòu)37-38
• 2．4 紊流隨機(jī)理論在邊界層中的應(yīng)用38-39
• 2．5 紊流隨機(jī)理論在減阻流中的應(yīng)用39-43
• 3 基于紊流隨機(jī)理論的三維泥沙數(shù)學(xué)模型43-67
• 3．1 概述43
• 3．2 控制方程43-46
• 3．2．1 連續(xù)方程43
• 3．2．2 動(dòng)量方程（Reynolds方程）43-45
• 3．2．3 懸移質(zhì)不平衡輸沙方程45
• 3．2．4 河床變形方程45
• 3．2．5 床沙級(jí)配方程45-46
• 3．3 紊流隨機(jī)理論模型的參數(shù)及特點(diǎn)46-49
• 3．3．1 紊動(dòng)參數(shù)C_t、C_l的確定46-48
• 3．3．2 紊流隨機(jī)理論模型的特點(diǎn)48-49
• 3．4 邊界條件49-58
• 3．4．1 壁面邊界49-56
• 3．4．1．1 對(duì)數(shù)律壁函數(shù)（Law of the Wall）50-51
• 3．4．1．2 解析式壁函數(shù)51-52
• 3．4．1．3 精細(xì)壁函數(shù)52-55
• 3．4．1．4 床面附近的含沙量55
• 3．4．1．5 床面附近挾沙能力55-56
• 3．4．2 入流邊界56
• 3．4．3 出流邊界56-57
• 3．4．4 自由表面57-58
• 3．5 數(shù)值計(jì)算方法58-67
• 3．5．1 基本思路58
• 3．5．2 正交曲線坐標(biāo)下的控制方程58-59
• 3．5．3 控制方程的離散59-61
• 3．5．4 壓力與速度的修正61-64
• 3．5．5 SIMPLE方法64-67
• 3．5．5．1 SIMPLE算法的基本步驟64-65
• 3．5．5．2 對(duì)SIMPLE算法的改進(jìn)65-67
• 4 計(jì)算算例、驗(yàn)證與討論67-92
• 4．1 明渠丁壩繞流的計(jì)算67-78
• 4．1．1 丁壩繞流機(jī)理及流場(chǎng)模擬67-69
• 4．1．2 丁壩后的回流區(qū)流動(dòng)69-71
• 4．1．3 丁壩前后的立面回流流動(dòng)71-74
• 4．1．4 丁壩前后的橫向回流流動(dòng)74-76
• 4．1．5 丁壩前后不同高度上的紊動(dòng)動(dòng)能76-78
• 4．1．6 討論78
• 4．2 航槽三維流動(dòng)計(jì)算78-84
• 4．2．1 水池試驗(yàn)資料的驗(yàn)證78-79
• 4．2．2 與經(jīng)驗(yàn)公式的比較79-80
• 4．2．3 水槽試驗(yàn)資料的驗(yàn)證80-81
• 4．2．4 航槽與水流垂直時(shí)的流場(chǎng)81-84
• 4．2．5 航槽與水流不垂直時(shí)的平面流場(chǎng)84
• 4．3 含沙量沿垂線分布的驗(yàn)證84-89
• 4．3．1 松散床面泥沙掀起的純懸浮過程84-86
• 4．3．2 純淤積過程86-89
• 4．4 葛洲壩水利樞紐建庫(kù)前后的三峽工程壩區(qū)河段水沙驗(yàn)證89-92
• 4．4．1 模擬河段河道特性89
• 4．4．2 計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格生成89
• 4．4．3 葛洲壩水庫(kù)蓄水前后水面線的驗(yàn)證89-90
• 4．4．3．1 葛洲壩水庫(kù)蓄水前水面線驗(yàn)證89
• 4．4．3．2 葛洲壩水庫(kù)蓄水后水面線驗(yàn)證89-90
• 4．4．4 葛洲壩水庫(kù)引起的三峽壩區(qū)河段淤積的初步驗(yàn)證90-92
• 5 三維模型在三峽壩區(qū)泥沙沖淤模擬中的應(yīng)用92-128
• 5．1 三峽工程樞紐布置92-93
• 5．2 計(jì)算條件93-94
• 5．2．1 水沙概況93
• 5．2．2 水庫(kù)運(yùn)行第1年至第70+6年水文系列及運(yùn)行控制條件93-94
• 5．3 壩區(qū)上游段泥沙淤積量及其沿程分布94-95
• 5．4 淤積后的斷面形態(tài)及過水?dāng)嗝婷娣e變化95
• 5．5 水庫(kù)運(yùn)用不同時(shí)期、不同高程處的流場(chǎng)95-96
• 5．6 水庫(kù)運(yùn)用不同時(shí)期、不同高程處的含沙量場(chǎng)96
• 5．7 水庫(kù)運(yùn)用不同時(shí)期床面泥沙淤積物組成96-128
• 6 結(jié)論與展望128-130
• 參考文獻(xiàn)130-141
• 作者在博士后期間發(fā)表的論文141-142
• 作者在博士后之前發(fā)表的論文142-144
• 致謝144

【引證文獻(xiàn)】

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4 假冬冬;邵學(xué)軍;周剛;王博;;彎道三維水沙數(shù)值模擬中推移質(zhì)輸移方向的選取[J];水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展A輯;2008年05期

5 黃國(guó)鮮;周建軍;;復(fù)雜邊界下三維水流數(shù)學(xué)模型的建立和驗(yàn)證[J];水力發(fā)電學(xué)報(bào);2007年04期

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3 劉鵬飛;水利樞紐下游分汊河段河床演變規(guī)律及試驗(yàn)研究[D];長(zhǎng)沙理工大學(xué);2011年

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10 朱曉;杭州灣局域海床沖淤研究[D];浙江大學(xué);2008年

  本文關(guān)鍵詞：三維紊流泥沙數(shù)學(xué)模型及其應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：381679