發(fā)布時間：2020-04-14 04:56

【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)主要是射流運動性質，稱為 近場；在遠區(qū)屬隨流擴散性質，稱為遠場。一般來說，應該用不同的數(shù)學模型來 模擬。本文正是針對近場、遠場的差異，發(fā)展和采用了不同的數(shù)學模型，對保守 性物質的輸移擴散進行了數(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 采用深度平均的應力—通量代數(shù)全場模型，用來模擬熱水或污染物側向排入 大水體的各向異性的輸移擴散規(guī)律。模型中給出了應力分量新的表達方式，并采 用了深度平均的連續(xù)、動量、標量方程。本文首次將深度平均的應力—通量代數(shù) 模型應用到具有潮汐流性質的流動中。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領域研究現(xiàn)狀的基礎上提 出本文的工作。 2．模型的基本內容。包括文中的第二章和第三章。第二章中簡述了深度平均的 應力—通量代數(shù)模型的推導過程和基本內容；第三章給出了模型的數(shù)值計算 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向 排放問題。計算所得的回流區(qū)形狀及溫度場分布與深度平均的k—ε模型及 實驗結果對比表明，本文的計算結果與實測值符合得較好，驗證了該模型模 擬此類問題的準確性。應力分量的模擬結果體現(xiàn)了模型的各向異性。 4．非定常流下的數(shù)值模擬。流動的性質為具有潮汐性質的非對稱潮流。結果給 出了一個周期內流場、污染物濃度場隨時間的變化規(guī)律，并同現(xiàn)有的其他模 型和實驗相比較，進一步驗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，第六章給出了關于流場結構和計算區(qū)域 的討論以供參考。 大連理工大學博士論文 一 第二篇：遠場的數(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 場進行了數(shù)值模擬。該海洋紊流模型在垂向上采用。坐標，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，總結了模型之間的差 異，從而提出了遠場數(shù)值模擬中模型選用的原因。 2．模型的基本內容及特點。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、基本內容、模型的顯著特點。第九章給出了數(shù)值計算方法。 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 場進行了模擬，潮流的潮位和潮流流速的模擬結果與實測值符合良好。從而 驗證了該海洋紊流模型可用于近海水域水動力特性的模擬，并且有較強的對 復雜地形的適應能力。 4．濃度場的數(shù)值模擬。首先，通過對點源的二維、三維問題的模擬，驗證了該 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，進一步說明了該模型可用于近海海域物質的輸移擴散的研究。 本文在對近場的數(shù)值模擬中，采用的是深度平均的應力一通量代數(shù)模型。文 中在驗證了該模型預測紊流的準確性之后，成功地將該模型應用到潮汐流中物質 輸移擴散的模擬中，促進了該模型進一步向實用化方向發(fā)展。在遠場的數(shù)值模擬 中，首先，將三維海洋紊流模型應用到近海海域水動力特性的模擬中，驗證了該 模型的預測能力和對復雜地形的適應能力。其次，通過對點源對流一擴散問題的 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。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2000
【分類號】：X143

【引證文獻】

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1 劉忠波;房克照;孫昭晨;;不同時空格式在求解污染物對流擴散方程中的應用[J];海洋技術;2012年01期

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1 武雅潔;高濃熱鹽水排海輸移擴散規(guī)律研究[D];中國海洋大學;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;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;2007年

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

本文編號：2626904