本文關(guān)鍵詞：三維紊流泥沙數(shù)學模型及其應用，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用于各種工程問題的水流計算，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，由于它假定紊動粘滯性是各向同性的，在一些復雜的紊流運動計算中其應用受到限制。近年來，竇國仁發(fā)表了“紊流隨機理論”，提出了新的各向異性紊動的Reynolds應力表達式，并改進了壁面律公式。這一理論具有廣闊的應用前景。 本文在作者以往建立的二維紊流泥沙數(shù)學模型(2DTSM)基礎(chǔ)上，根據(jù)竇國仁的紊流隨機理論，，建立了三維紊流泥沙數(shù)學模型。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)值計算程序，并用于明渠丁壩繞流的流場計算。 (2)根據(jù)竇國仁的紊流隨機理論，導出了各向異性紊流的Reynolds應力的數(shù)值格式，從而開發(fā)了基于紊流隨機模型的三維水流計算程序，運用該程序計算了航槽內(nèi)的三維流場，得到的結(jié)果與水槽試驗資料吻合良好。 (3)在三維紊流模型的基礎(chǔ)上，給出了描述三維懸沙運動及床沙級配的控制方程，建立了三維紊流泥沙數(shù)學模型(3DTSM)。用水槽沖淤試驗含沙量沿垂線分布資料及葛洲壩水利樞紐建庫前后水沙資料對該模型進行了檢驗，結(jié)果基本一致。 (4)將所建的三維紊流泥沙數(shù)學模型應用于三峽工程壩區(qū)泥沙沖淤問題的研究，預測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、河床淤積物級配組成及不同時期、不同高程的流場、含沙場等，計算結(jié)果與清華大學、長江科學院、南京水利科學研究院物理模型試驗值比較接近。
【關(guān)鍵詞】：紊流 隨機理論 非均勻泥沙 河床沖淤 三峽工程 數(shù)學模型
【學位授予單位】：南京水利科學研究院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2002
【分類號】：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)學模型研究進展11-30
• 1．1 紊流數(shù)值模擬研究進展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)值模型擬的進展17-18
• 1．2 泥沙數(shù)學模型研究進展18-30
• 1．2．1 一維泥沙數(shù)學模型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 計算方法20-21
• 1．2．2 二維泥沙數(shù)學模型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)輸移及床沙交換計算24
• 1．2．2．6 計算方法24-25
• 1．2．3 三維泥沙數(shù)學模型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)值計算方法29-30
• 2 紊流隨機理論及其應用30-43
• 2．1 概述30
• 2．2 紊流隨機理論30-34
• 2．3 紊流隨機理論在明渠流中的應用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 明渠的脈動結(jié)構(gòu)37-38
• 2．4 紊流隨機理論在邊界層中的應用38-39
• 2．5 紊流隨機理論在減阻流中的應用39-43
• 3 基于紊流隨機理論的三維泥沙數(shù)學模型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 床沙級配方程45-46
• 3．3 紊流隨機理論模型的參數(shù)及特點46-49
• 3．3．1 紊動參數(shù)C_t、C_l的確定46-48
• 3．3．2 紊流隨機理論模型的特點48-49
• 3．4 邊界條件49-58
• 3．4．1 壁面邊界49-56
• 3．4．1．1 對數(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)值計算方法58-67
• 3．5．1 基本思路58
• 3．5．2 正交曲線坐標下的控制方程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SIMPLE算法的改進65-67
• 4 計算算例、驗證與討論67-92
• 4．1 明渠丁壩繞流的計算67-78
• 4．1．1 丁壩繞流機理及流場模擬67-69
• 4．1．2 丁壩后的回流區(qū)流動69-71
• 4．1．3 丁壩前后的立面回流流動71-74
• 4．1．4 丁壩前后的橫向回流流動74-76
• 4．1．5 丁壩前后不同高度上的紊動動能76-78
• 4．1．6 討論78
• 4．2 航槽三維流動計算78-84
• 4．2．1 水池試驗資料的驗證78-79
• 4．2．2 與經(jīng)驗公式的比較79-80
• 4．2．3 水槽試驗資料的驗證80-81
• 4．2．4 航槽與水流垂直時的流場81-84
• 4．2．5 航槽與水流不垂直時的平面流場84
• 4．3 含沙量沿垂線分布的驗證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前后的三峽工程壩區(qū)河段水沙驗證89-92
• 4．4．1 模擬河段河道特性89
• 4．4．2 計算區(qū)域網(wǎng)格生成89
• 4．4．3 葛洲壩水庫蓄水前后水面線的驗證89-90
• 4．4．3．1 葛洲壩水庫蓄水前水面線驗證89
• 4．4．3．2 葛洲壩水庫蓄水后水面線驗證89-90
• 4．4．4 葛洲壩水庫引起的三峽壩區(qū)河段淤積的初步驗證90-92
• 5 三維模型在三峽壩區(qū)泥沙沖淤模擬中的應用92-128
• 5．1 三峽工程樞紐布置92-93
• 5．2 計算條件93-94
• 5．2．1 水沙概況93
• 5．2．2 水庫運行第1年至第70+6年水文系列及運行控制條件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)及過水斷面面積變化95
• 5．5 水庫運用不同時期、不同高程處的流場95-96
• 5．6 水庫運用不同時期、不同高程處的含沙量場96
• 5．7 水庫運用不同時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】

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3 崔占峰;張小峰;馮小香;;丁壩沖刷的三維紊流模擬研究[J];水動力學研究與進展A輯;2008年01期

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

本文編號：381679