【摘要】： 污水排入大水體后，在排放口附近污水與環(huán)境水體劇烈摻混，，流速、污染物 濃度、紊動特性變化都很大，稱之為近區(qū)。而在近區(qū)之外的污水所能影響的水域 稱為遠(yuǎn)區(qū)。這兩個區(qū)的水動力特性相差很大。在近區(qū)主要是射流運(yùn)動性質(zhì)，稱為 近場；在遠(yuǎn)區(qū)屬隨流擴(kuò)散性質(zhì)，稱為遠(yuǎn)場。一般來說，應(yīng)該用不同的數(shù)學(xué)模型來 模擬。本文正是針對近場、遠(yuǎn)場的差異，發(fā)展和采用了不同的數(shù)學(xué)模型，對保守 性物質(zhì)的輸移擴(kuò)散進(jìn)行了數(shù)值研究。研究工作分為兩篇，共十二章。 第一篇：近場的數(shù)值模擬 采用深度平均的應(yīng)力—通量代數(shù)全場模型，用來模擬熱水或污染物側(cè)向排入 大水體的各向異性的輸移擴(kuò)散規(guī)律。模型中給出了應(yīng)力分量新的表達(dá)方式，并采 用了深度平均的連續(xù)、動量、標(biāo)量方程。本文首次將深度平均的應(yīng)力—通量代數(shù) 模型應(yīng)用到具有潮汐流性質(zhì)的流動中。第一篇的主要工作包括五部分： 1．概述。第一章簡要介紹了紊流模型的發(fā)展、兩方程紊流模型和應(yīng)力—通量代 數(shù)模型的研究現(xiàn)狀。在較全面地了解與本課題相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上提 出本文的工作。 2．模型的基本內(nèi)容。包括文中的第二章和第三章。第二章中簡述了深度平均的 應(yīng)力—通量代數(shù)模型的推導(dǎo)過程和基本內(nèi)容；第三章給出了模型的數(shù)值計(jì)算 方法。 3．定常流下的數(shù)值模擬。文中的第四章用該模型模擬了定常流下明渠熱水側(cè)向 排放問題。計(jì)算所得的回流區(qū)形狀及溫度場分布與深度平均的k—ε模型及 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比表明，本文的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測值符合得較好，驗(yàn)證了該模型模 擬此類問題的準(zhǔn)確性。應(yīng)力分量的模擬結(jié)果體現(xiàn)了模型的各向異性。 4．非定常流下的數(shù)值模擬。流動的性質(zhì)為具有潮汐性質(zhì)的非對稱潮流。結(jié)果給 出了一個周期內(nèi)流場、污染物濃度場隨時間的變化規(guī)律，并同現(xiàn)有的其他模 型和實(shí)驗(yàn)相比較，進(jìn)一步驗(yàn)證了本文模型在處理明渠排放問題方面的優(yōu)越 性。此部分內(nèi)容是本文的重要工作之一。 5．討論。針對數(shù)值模擬中遇到的問題，第六章給出了關(guān)于流場結(jié)構(gòu)和計(jì)算區(qū)域 的討論以供參考。 大連理工大學(xué)博士論文 一 第二篇：遠(yuǎn)場的數(shù)值模擬 采用一種半隱式的三維海洋紊流模型對杭州灣及長江口附近的潮流場、鹽度 場進(jìn)行了數(shù)值模擬。該海洋紊流模型在垂向上采用。坐標(biāo)，可以較好地處理表面 和底層，提高淺水時的垂向分辨率。第二篇的主要工作包括四部分： 1，概論。第七章綜述了三維潮流模型的發(fā)展和研究現(xiàn)狀，總結(jié)了模型之間的差 異，從而提出了遠(yuǎn)場數(shù)值模擬中模型選用的原因。 2．模型的基本內(nèi)容及特點(diǎn)。包括第八和第九兩章。第八章簡要介紹了該紊流模 型的發(fā)展、基本內(nèi)容、模型的顯著特點(diǎn)。第九章給出了數(shù)值計(jì)算方法。 3．潮流場的數(shù)值模擬。用該模型對杭州灣及長江口附近的大、中、小潮的潮流 場進(jìn)行了模擬，潮流的潮位和潮流流速的模擬結(jié)果與實(shí)測值符合良好。從而 驗(yàn)證了該海洋紊流模型可用于近海水域水動力特性的模擬，并且有較強(qiáng)的對 復(fù)雜地形的適應(yīng)能力。 4．濃度場的數(shù)值模擬。首先，通過對點(diǎn)源的二維、三維問題的模擬，驗(yàn)證了該 模型的數(shù)值格式可用于濃度場的模擬。其次，通過對杭州灣附近鹽度場的模 擬，進(jìn)一步說明了該模型可用于近海海域物質(zhì)的輸移擴(kuò)散的研究。 本文在對近場的數(shù)值模擬中，采用的是深度平均的應(yīng)力一通量代數(shù)模型。文 中在驗(yàn)證了該模型預(yù)測紊流的準(zhǔn)確性之后，成功地將該模型應(yīng)用到潮汐流中物質(zhì) 輸移擴(kuò)散的模擬中，促進(jìn)了該模型進(jìn)一步向?qū)嵱没较虬l(fā)展。在遠(yuǎn)場的數(shù)值模擬 中，首先，將三維海洋紊流模型應(yīng)用到近海海域水動力特性的模擬中，驗(yàn)證了該 模型的預(yù)測能力和對復(fù)雜地形的適應(yīng)能力。其次，通過對點(diǎn)源對流一擴(kuò)散問題的 模擬，考察了該數(shù)值格式的精確度之后，成功地模擬了長江口和杭州灣附近的鹽 度場。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2000
【分類號】：X143

【引證文獻(xiàn)】

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1 武雅潔;高濃熱鹽水排海輸移擴(kuò)散規(guī)律研究[D];中國海洋大學(xué);2008年

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1 俞琨;江蘇近海二維潮流及石油類污染物的數(shù)值模擬[D];河海大學(xué);2007年

2 劉生寶;基于POM的長江感潮河段溢油數(shù)值模擬研究[D];河海大學(xué);2007年

3 熊偉;非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格下的三維潮流泥沙數(shù)值模擬[D];大連理工大學(xué);2012年

本文編號：2626904