三維數(shù)學(xué)模型是解決復(fù)雜條件下水沙運動的重要手段之一，在河口海岸工程泥沙問題的研究中發(fā)揮著越來越重要的作用。本文基于間斷有限元方法建立了河口海岸三維水沙數(shù)學(xué)模型，數(shù)模結(jié)果與典型問題的解析解和實驗數(shù)據(jù)進行了比較，證明了所建模型的可靠性和合理性。進一步利用該模型對黃驊港海域水沙運動進行了模擬研究，分析了泥沙運動和航道淤積變化規(guī)律。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： （1）基于新型數(shù)值方法—間斷有限元方法，建立了波流共同作用下的三維水動力數(shù)學(xué)模型，在該模型中考慮了垂向變化的輻射應(yīng)力、波浪破碎引起的水滾效應(yīng)、波浪產(chǎn)生的附加紊動效應(yīng)以及波流共同作用下的底部切應(yīng)力。選取典型算例對所建模型進行了測試和驗證，結(jié)果表明所建數(shù)學(xué)模型的水動力計算結(jié)果與解析解和實測結(jié)果吻合程度較好。 （2）基于間斷有限元方法求解對流擴散方程，并在模型中引入斜率限制器以抑制非物理振蕩，增強模型的穩(wěn)定性和捕捉間斷濃度的能力，建立了具有二階數(shù)值精度的波流共同作用下三維懸沙輸移數(shù)值模型。模型針對不同波流動力條件，引入了純流、純波、波浪破碎影響以及波流共同作用等條件下的垂向擴散系數(shù)分布，并考慮了近底高含沙對水體紊動抑制的影響。利用大量經(jīng)典解...

【文章頁數(shù)】：159 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖3-1理想河口示意圖

假設(shè)一種理想河口，等寬平底，水深為常數(shù)，壁面和底床無阻力，一端封閉。如圖3-1所示。圖3-1理想河口示意圖進入河口的潮波波形為：=ηacos(ωtkx)(3-1)式中，a為振幅；ω為角頻率；k為波數(shù)。相應(yīng)的流速為:cos()autkxhkω=ω....

圖3-2理想河口不同斷面處流速驗證（實線：解析解；○：數(shù)值解）

坐標(biāo)原點設(shè)置在封閉端處。3.1.1.2結(jié)果分析圖3-2給出了五個周期內(nèi)距離河口封閉端不同距離處的水平流速模擬值和解析解的比較。從中可以看出，數(shù)值模擬結(jié)果與解析解吻合較好，模型能夠準(zhǔn)確模擬理想河口潮波運動。圖3-2理想河口不同斷面處流速驗證（實線：解析解；○：數(shù)值解）3.1.....

圖3-3矩形水槽垂向風(fēng)生環(huán)流示意圖

3-3為水槽中心垂向面上流速的分布情況，由圖可見，在風(fēng)的作用的粘性和對流作用，流動從表層逐步延伸至整個水體，最后形成了垂向環(huán)流。模型較好地模擬出了風(fēng)生流的流場情況。風(fēng)生流流速計的比較如圖3-4所示，從中可以看出，計算值與解析解吻合程度很，模型能夠真實地再現(xiàn)矩形水槽中由于風(fēng)作....

圖3-4風(fēng)生流流速計算值與解析解的比較

圖3-3矩形水槽垂向風(fēng)生環(huán)流示意圖

本文編號：3992424