三维潮流和潮流输沙问题的一种混合数值模拟及其应用

应用一种平面迎风有限元与垂向隐式有限差分相结合的数值计算方法建立了三维潮流和潮流输沙数学模型,并分别与相应的理论公式进行了对比验证.将建立的模型对广西廉州湾水域进行了计算,与实测资料的对比分析表明模型的计算结果符合实际.     

番禺4-2油田溢油数值模拟

采用三维浅海湖波定解方程组,建立番禺附近海域的三维潮流数值模型来计算潮流和潮位变化情况,开边界采用调和常数计算的水位来驱动,潮流和潮位验证结果较好,模拟结果较真实的反应了番禺附近海域的潮流和潮位情况.在潮流模拟验证正确的前提下,建立溢油预测数值模型,采用欧拉-拉格朗日追踪方法,对油膜中心轨迹进行预测,并预测出油膜的平均...     

基于混合有限分析法的三维浅海湍流模型及验证

文章以具有自由表面的三维非线性Navier-Stokes方程组为基本控制方程,垂向采用σ坐标变换后得到三维浅海湍流数学模型。数值模拟求解方法采用具有自动迎风、精度高及稳定性好的混合有限分析法求解,最后,以渤海湾潮流模拟算例验证了文中模型及其混合有限分析解法模拟潮流的正确性和应用于工程实际问题的适用性。     

渤海三维潮流数值模拟

本模型以具有自由面的三维非线性Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｒｏｋｅｓ方程为基本方程，经σ坐标变换得到模式方程。基于过程分裂法，将三维流动中的快过程与慢过程劈开，并对每部分选用适合其物理特性和数值行为的计算格式，然后耦联求解。应用本模型详细计算了渤海的三维潮运动。其中，潮波系统模拟获得理想的结果；采用十层模式计算了Ｍ２潮流，以较高的辨率揭示了潮流的空间结构特征。最后本文给出了三维潮流预报的应用实例。     

基于POM的物质输运方程数值格式研究

在三维海洋模式POM基础上建立水质模型,采用中心差分格式、迎风格式以及Smolarkiewicz迎风格式离散物质输运方程.以三维理想水槽中连续源排放的浓度场预测为例,分析3种离散格式求解所得的浓度场.结果表明,3种格式的数值解与解析解的偏差均小于20%.中心差分格式会引起解的震荡,导致物质的反向输移,出现浓度负值.迎风格式能够保证浓度的正值,但该格式带来的数值耗散导致数值解与解析解偏离较大.Smolarkiewicz迎风格式在普通迎风格式基础上引入抗扩散流速,经多次叠代,能有效降低计算中的数值耗散,提高了计算精度.     

胶州湾三维变动边界的潮流数值模拟

基于Blumberg等（1986）的河口、陆架和海洋模式，引入变边界处理技术，建立了胶州湾三维变动边界的潮流模型，模型以σ-正交曲线坐标下三维非线性潮波方程为基本方程，引入2.5阶瑞封闭方程组，采用分裂算子法数值求解方程组，利用湍封闭方程求解垂直紊动粘滞系数，采用干湿网格方法模拟潮流漫滩过程，三维变动边界潮流模型计算结果与实测值吻合良好。     

渤海三维潮流数值模拟

本模型以具有自由面的三维非线性Navier-Stokes方程为基本方程,经σ坐标变换得到模式方程。基于过程分裂法,将三维流动中的快过程与慢过程劈开,并对每部分选用适合其物理特性和数值行为的计算格式,然后耦联求解。 应用本模型详细计算了渤海的三维潮运动。其中,潮波系统模拟获得理想的结果;采用十层模式计算了M_2潮流,以较高的分辨率揭示了潮流的空间结构特征。最后本文给出了三维潮流预报的应用实例。     

涠洲岛附近海域溢油数值模拟

采用潮流控制方程和湍封闭方程构建完整的三维浅海潮波定解方程组,建立涠洲岛附近海域的三维潮流数值模型来计算涠洲岛附近海域的潮流和潮位变化情况,采用大海域计算得出的调和常数值作为开边界的输入值,从潮位验证、潮流验证和流场的变化规律等多方面情况看,计算结果与实际监测符合良好,具有较高的精确度,模拟计算结果较真实地反映了涠洲岛附近海域的潮位变化和潮流运动状况.在潮流模拟验证正确的情况下,建立溢油预测模型,采用欧拉-拉格朗日追踪方法,进行油膜中心轨迹的预测,并预测了油膜漂移的扩展面积、扫海面积和残留量随时间的变化值.     

渤海湾湾顶三维潮流运动的一种数值模拟

本模型采用α－坐标变换，将具有自由面的三维非线性潮波微分方程转换为模型所采用的模式方程，动用三角风格有限差格式。对渤海湾顶典型潮进行三维数值模拟，以较高的分辨率揭示了该海域潮流的典型特征。计算结果与实际吻合良好。     

长江河口盐淡水混合的数值模拟计算

建立了河口三维非线性斜压潮流盐度数学模型，数学模型中的水平压强梯度分为水位梯度的正压项和密度变化的斜压项，以反映河口盐淡水混合中的斜压现象。采用欧拉－拉格朗日法离散潮流运动方程中的对流项和盐度扩散方程，以提高计算稳定性和数值模拟精度，提出盐度边界条件，初始条件以及盐度场计算稳定标准的设置方法，针对长江河口水域的盐淡水混合情况进行模拟计算，结果反映了部分混合型河口盐度分布特征，表明所建立的河口三维非线性斜压潮流盐度数学模型能够较好地模拟长江河口盐淡水混合的时空分布。     

海岸悬沙运移数学模型

根据适合大范围缓变地形情况下,不恒定、非均匀流场中随机波折绕射联合数值模式及波浪作用下的二维浅水环流方程和悬沙扩散方程,建立了波浪、潮流共同作用下二维悬沙数学模型,并将该模型应用于渤海湾北部海域,进行了波、流共同作用下航道疏浚弃土的悬沙扩散、运移及海床演变的数值模拟,为工程单位决策提供科学依据     

A combined numerical model of three-dimensional tidal motion and sediment transport in tidal current and its application

INTRODUCTIONTheregularpatternsofmovementanddistributionofcurrentandsedimentinwaterbodyinestuaryandatcoastareconcernedbythepublicatalltime,butonlyafewresearchesonthenumericalsimulationofthethree-dimensionalnonlinearmovementoftideandwave,inwhichLeendertse's(Leendertseetal.,1973)finitedifferencemethod(FDM)istheleadingone,havebeendoneuptonow.TheLeendertseFDMisnotverygoodinitsapplication.Themainreasonisthatinthemodethesquaregridsinaplanecomputationaldomainareadopted.Thisgridsystemcannotfitt…     

潮流波浪联合输沙及海床冲淤演变的理论体系与其数学模拟

根据近岸带及河口区潮流、波浪、湍流各自物理尺度的不同,从Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和质量传输方程出发,利用Ｒｅｙｎｏｌｄｓ分解的方法,建立了模拟波浪 流联合输沙及海床冲淤演变的理论体系,给出了潮流作用下近岸波浪传播方程、波浪作用下潮流运动方程并通过利用波流合成底部切应力、底层湍流脉动随机特性,得出了波流联合作用下不平衡沙计算中泥沙起悬与沉降量的确定方法。本文模型应用于“广西合浦围垦工程潮流波浪     

长兴岛海区波流相互作用数值模拟研究

波和流是近岸海区的主要动力因素。应用二维潮流数学模型和最新第三代近岸海浪模式SWAN,建立了非结构网格下二维情况近岸波流耦合作用数学模型。时间离散采用欧拉向前格式,空间离散采用有限体积法显式格式。通过将波浪场及潮流场进行迭代耦合计算,实现了对波流共同作用下波浪场和潮流场的数值模拟。将模型应用于矩形海湾实验和李孟国数模实验等理想地形以及大连长兴岛海区实际复杂地形算例,并用现场实测资料对计算结果进行验证,结果表明:耦合结果与实测结果吻合良好,并且要优于未耦合的结果。     

罗源湾全日潮汐和潮流数值计算

采用不规则三角形网格的分步杂交法,建立罗源湾海域二维变边界全日潮汐和潮流数值模型。将计算值与实测资料比较,结果表明符合程度良好。给出了同潮时线与等振幅线、潮流椭圆、最大潮流及不同时刻潮流场分布。应用该模型可以较系统地了解罗源湾全日潮的潮汐、潮流状况。     

A Finite Element Solution of Wave Forces on Submerged Horizontal Circular Cylinders

In this paper, a numerical model is established for estimating the wave forces on a submerged horizontal circular cylinder. For predicting the wave motion, a set of two-dimensional Navier-Stokes equations is solved numerically with a finite element method. In order to track the moving non-linear wave surface boundary, the Navier-Stokes equations are discretized in a moving mesh system. After each computational time step, the mesh is modified according to the changed wave surface boundary. In order to stabilize the numerical procedure, a three-step finite element method is applied in the time integration. The water sloshing in a tank and wave propagation over a submerged bar are simulated for the first time to validate the present model. The computational results agree well with the analytical solution and the experimental data.Finally, the model is applied to the simulation of interaction between waves and a submerged horizontal circular cylinder.The effects of the KC number and the cylinder depth on the wave forces are studied.     

黄河三角洲海区2010年潮波分布特征的数值预测

利用二维非线性数值模式,对三角洲邻近海域的潮汐潮流进行了模拟,并根据２０１０年黄河三角洲的预测岩线,预测了该海区２０１０年各主要分潮的分布特征以及最大可能流速分布。数值预测的结果显示２０１０年黄河口迫近海区的潮波分布与目前丰比将不会有显著变化。     

海平面上升对黄浦江潮位和潮量影响的数值计算

采用1984年8月28日19时—29日24时黄浦江米市;渡至吴淞口水位和流量资料,根据描述河道中水流非恒定流动的Saini-Venant方程组,建立了模拟黄浦江潮位和潮量特征变化的数值模式。考虑未来海平面上升,预测了黄浦江潮位和潮量的变化及对周围环境的影响。计算结果表明,随着海平面的上升,黄浦江潮位相应增加,高潮位的上升值大于海平面上升值;低潮位的上升值小于海平面上升值,潮差增大。在同一海平面上升值下,潮差增量由下游向上游渐渐增大,随着海平面的上升,涨潮量和落潮量都相应增加。     

苏北中部滨海平原成陆机制研究

苏北中部滨海平原位于废黄河三角洲和长江三角洲之间，其形成与全新世最大海侵之后长江、古黄河的供沙历史和供沙状况密切相关，并且现今海域南黄海辐射沙洲的辐聚点也位于这段海岸，故探讨其成陆机制具有重要意义。本文数值模拟了公元８世纪时该区的Ｍ２潮汐、潮流，在此基础上，计算了７种粒径泥沙在当时潮流场中的净输运状况，划分了海底冲淤区。计算结果表明，公元８世纪时苏北岸外存在大致以东台为顶点的辐射状古潮流场，其分布格局与现今苏北岸外大致以京港为顶点的辐射关潮流场基本一致，该辐射状潮流场的存在是由当时台东岸外的独特驻潮波波腹所决定的。进入苏北岸外古辐射状潮流场中的泥沙，在辐聚、辐散的潮流作用下，每一个潮周期均自ＮＥ、ＳＥ方向向东台附近海域净输运泥沙，在东台附近海域发生淤积。由此认为，苏北中部滨海平原是大致以东台为顶点的辐聚、辐散潮