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湍流局地平衡假设的新推论--齐次湍流动能输运方程封闭模型与应用(Ⅱ) 总被引：2，自引：1，他引：1
在湍流局地平衡假设下 ,建立了齐次湍能输运方程封闭模型 (HKE) ,并在平板边界层的两种经典流动中加以检验 ,给出 HKE封闭下的流速、湍流动能和湍流混合系数剖面的形式解。结果表明 ,HKE可以避免在流速剪切为零时的无湍流混合问题 ,其解与 L aufer湍流实验吻合 ,因而HKE模型比混合长理论有更合理的内涵。文中还给出 HKE封闭的浅海动力学模型 ,以湍应力和水位梯度力的平衡为运动的基本受力平衡 ,进行了模型的量阶分析和运动分析 :当阻尼频率和运动频率同量阶时 ,惯性运动不可忽略 ;在潮振荡占优的浅海中 ,对流非线性相对于惯性运动为小量 ;当阻尼频率足够大时 ,科氏力项相对于湍应力也可能为小量。 相似文献
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该文对已建立的齐次湍流动能输运方程封闭模型 (HKE)封闭的浅海动力学模型进行了检验。湍流混合强度的垂直分布会影流速剖面 ,在风海流、狭长渠道稳态风潮及渠道振荡流流场等的模拟中 ,HKE封闭均取得满意效果 ,结果表明 HKE封闭在正压浅海动力学中是有效的 ,可避免混合长理论的缺陷 ,并未过多增加计算量。振荡流的湍流粘性系数的时间分布特性是时变的 ,其变化频率为振荡频率的两倍 ,且在流速变化最大时湍流混合最强。对应于浅海潮波系统 ,平潮和停潮时局地混合最弱 ,因而最适宜水质采样 ,反之 ,涨急和落急时刻湍流混合最强。但当取湍动能的Schmidt数 σk>10时 ,湍粘性系数的振幅仅为其平均值的 15 % ,因此可以认为在 15 %误差内振荡流的粘性系数可用一个时间平均值来代表 相似文献
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根据湍流封闭理论,建立一种适用于正压浅海湍流运动的雷诺应力封闭模型(RSM),以代替目前三维浅海动力学模型中普遍采用的湍粘性系数的传统假设。通过直接建立并模化f—平面上正压海洋的雷诺应力传输方程,分别得到的微分形式和代数形式的RSM方程组。并讨论了进行数值计算所需要的边界条件。利用该模型可以进一步研究浅海潮流、风暴潮流及风海流等浅海流动的三维结构和湍流特性。 相似文献
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验证基于GM(Garret-Munk)大洋内波普适谱的细尺度参数化方案在不同海域的适用性,对于湍流混合研究来说非常重要。包含背景GM内波场的高分辨率数值模式被用于评估细尺度参数化方案在背风波生成源地处的适用性。细尺度参数化方案主要包括基于剪切的G89 (Gregg 1989)方案、基于应变的W93 (Wijesekera 1993)方案、基于剪切和应变的GHP (Gregg-Henyey-Polzin)方案以及对GHP方案中的频率矫正项作出变换的IH (Ijichi-Hibiya)方案。计算结果显示,背风波的生成伴随着海底上方近惯性内波的增强,使得内波场的动能与势能的比值相较于GM内波场偏大。在这种情况下,基于剪切的G89方案会因为高估内波场的总能量而高估耗散率。反之,基于应变的W93方案会因为低估内波场的总能量而低估耗散率。计算结果还显示,已经考虑了内波谱变形的GHP方案仍然会高估耗散率,但IH方案能比较准确地估算耗散率。 相似文献
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强潮河口三维无结构网格盐度数学模型 总被引：3，自引：0，他引：3
采用平面无结构网格和垂向直接分层,建立了强潮河口盐度三维斜压力数学模型。无结构网格使模型能够适应河口复杂的边界,并可以根据需要进行局部加密。Casulli的半隐式法离散模型水位梯度和垂项紊动扩散项,克服了水位梯度和垂项紊动扩散对模型稳定性的影响,Semi-Lagrangian法用于模型对流项的离散,使模型具有"无条件"稳定性。采用水池风生流和盐度异重流算例检验了模型,并应用模型模拟了强潮河口(瓯江口)的潮流盐度运动,计算和实测结果进行比较,表明该模型是准确、可靠的。 相似文献
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近年来,随着工业和交通运输业的发展,世界范围的环境污染日益严重,消除“公害”的呼声日益高涨,环境污染的研究也就日益受到人们的关切和注意,并成为现代环境科学中最迫切的研究课题之一。这方面的研究,主要是解决工业、交通和军事污染问题,其中,首先需要摸清某种污染物在人类环境介质(大气、海洋、江河、湖泊)中的散布规律。现有研究结果表明,污染物质在环境介质中的散布能力,主要取决于介质中的湍流扩散,而湍流扩散的规律性则受介质湍流场的支配。此外,污染物的性质,污染物向环境介质的排放方式 相似文献
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深层叶绿素最大值(Deep Chlorophyll Maximum, DCM)现象的数值模拟是研究海洋表层生态系统和全球碳循环的重要组成部分之一。但是由于自身的复杂性和观测的局限性,数值模式中物理参数的不确定性给模拟结果带来了一定程度的误差。其中,垂向湍流扩散系数(vertical turbulence diffusion)是模式所包含的物理参数中很难直接通过观测来确定的参数,它在模式中的来源和取值往往具有很大的不确定性。本文通过条件非线性最优(参数)扰动(Conditional nonlinear optimal perturbation related toparameter, CNOP-P)方法,研究了垂向湍流扩散系数的不确定性对模式模拟结果的影响。我们发现,垂向湍流扩散系数对 DCM 模拟产生最大影响的 CNOP 型扰动位于生产力层的上半部分。并且,去掉生产力层内湍流扩散系数的误差,模式模拟的改进程度最高达到了 80%。可见,垂向湍流扩散对生态系统的发展和保持起着极其重要的作用,改进垂向湍流扩散系数的不确定性,对 DCM 的数值模拟有着重要意义。 相似文献
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研究建立渤海海域三维斜压场的湍流能量模型。对计算网格无法分辩的湍流运动，引入湍流能量求得垂向动量、质量及能量交换系统，从而形成封闭的湍流运动方程组。定量地计算了湍流能量、湍流速度及有风、无风状况下湍流能量的垂直分布等，探讨了湍流运动对潮波运动的影响。 相似文献
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采用质点跟踪方法对物质输运方程平流项数值格式的改进 总被引：1，自引：1，他引：0
用数值模式对河口海岸地区的物质输运进行计算时,平流项的数值格式必须要能对物质浓度锋面进行正确处理,以避免产生过多的数值耗散或频散。本文中设计了一种在网格内设置一些质点并对质点进行跟踪的格式计算平流项。结果表明,质点跟踪格式在一维情形下无频散和几乎没有耗散,在二维情形下无频散和在水深变化剧烈的地方基本避免了垂向数值耗散。与其他数值格式的耗散性和频散性相比,本文中设计的数值格式明显地提高了物质输运方程中平流项的计算精度,在河口海洋物质输运的计算中具有较大的应用价值。 相似文献
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A one-dimensional mixed-layer model, including a Mellor-Yamada level 2.5 turbulence closure scheme, was implemented to investigate the dynamical and thermal structures of the ocean surface mixed layer in the northern South China Sea. The turbulent kinetic energy released through wave breaking was incorporated into the model as a source of energy at the ocean surface, and the influence of the breaking waves on the mixed layer was studied. The numerical simulations show that the simulated SST is overestimated in summer without the breaking waves. However, the cooler SST is simulated when the effect of the breaking waves is considered, the corresponding discrepancy with the observed data decreases up to 20% and the MLD calculated averagely deepens 3.8 m. Owing to the wave-enhanced turbulence mixing in the summertime, the stratification at the bottom of the mixed layer was modified and the temperature gradient spread throughout the whole thermocline compared with the concentrated distribution without wave breaking. 相似文献
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A. A. Slepyshev 《Izvestiya Atmospheric and Oceanic Physics》2007,43(5):649-654
In the Boussinesq approximation, topographic waves entrained by a sloping bottom are considered with allowance for turbulent viscosity and diffusion. The mean flows induced by a wave through nonlinearity are determined. The turbulent exchange coefficients are expressed in terms of the density of turbulent energy by using the relations of the semiempirical theory of turbulence. The equation for boundary-layer wave solutions and the equation of turbulent energy balance are solved jointly, which makes it possible to determine the vertical distribution of the density of turbulent energy in the area of the given wave. In the diffusion approximation, the vertical distribution of the concentration of wave-suspended sediments is obtained for the case when the tangential bottom stress exceeds the critical values corresponding to the start of sediment motion. 相似文献
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A. F. Kurbatskiy 《Izvestiya Atmospheric and Oceanic Physics》2008,44(2):160-166
The nonlocality of the mechanism of turbulent heat transfer in the atmospheric boundary layer over a rough surface manifests itself in the form of bounded areas of countergradient heat transfer, which are diagnosed from analysis of balance items in the transport equation for the variance of temperature fluctuations and from calculation of the coefficients of turbulent momentum and heat transfer invoking the model of “gradient diffusion.” It is shown that countergradient heat transfer in local regions is caused by turbulent diffusion or by the term of the divergence of triple correlation in the balance equation for the temperature variance. 相似文献
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Higher order Boussinesq equations 总被引：2，自引：0，他引：2
Z. L. Zou 《Ocean Engineering》1999,26(8):239
A new form of Boussinesq-type equations accurate to the third order are derived in this paper to improve the linear dispersion and nonlinearity characteristics in deeper water. Fourth spatial derivatives in the third order terms of the equations are transformed into second derivatives and present no difficulty in numerical computations. With the increase in accuracy of the equations, the nonlinear and dispersion characteristics of the equations are of one order of magnitude higher accuracy than those of the classical Boussinesq equations. The equations can serve as a fully nonlinear model for shallow water waves. The shoaling property of the equations is also of high accuracy through shallow water to deep water by introducing an extra source term into the second order continuity equation. An approach to increase the accuracy of the nonlinear characteristics of the new equations is introduced. The expression for the vertical distribution of the horizontal velocities is a fourth order polynomial. 相似文献
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吴增茂 《中国海洋大学学报(自然科学版)》1988,(2)
本文利用一个湍流能量闭合的二维原始方程模式分析讨论了湍流交换对湖/陆风过程的影响。文中较详细地介绍了湍能闭合方法,分析了在湖(陆)风发展的不同阶段湍流交换强度的分布特征并讨论了大尺度风场对湍流交换系数场的影响。 相似文献
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将一个三维湍能封闭模型应用于渤海潮流模拟，通过流速分解的初边值方法，计算了渤海全海区潮波系统、潮流结构，结果与观测符合较好。计算同时给出了湍粘性系数和湍动能的时空分布，比较常湍粘性系数和湍的垂直抛物分布及湍能封闭模拟表明，湍粘性系数的不同选取会对流场结构有显著影响。 相似文献
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WANG Lixia SUN Yinglan ZHENG Lianyuan Associate Professor Insititute of Environmental Oceanography Ocean University of Qingdao Qingdao China.Professor Insititute of Environmental Oceanography Ocean University of Qingdao Qingdao China. Lecturer Insititute of Environmental Oceanography Ocean University of Qingdao Qingdao China. 《中国海洋工程》1998,(3)
A three-dimensional,first order turbulence closure,thermal diffusion model is described inthis paper.The governing equations consist of an equation of continuity,three components of momentum,conservation equations for salt,temperature and subgridscale energy,and an equation of state.In the mod-el,according to the hypothesis of Kolmogorov and Prandtl,the viscosity coefficient of turbulent flow ofhomogeneous fluid is related to the local turbulent energy,and the horizontal and vertical exchangecoefficients of mass,heat and momentum are computed with the introduction of subgridscale turbulenceenergy.The governing equations are solved by finite difference techniques.This model is applied to theJiaozhou bay to predict thermal pollution by the Huangdao power plant.An instantaneous tidal currentfield is computed,then the distribution of temperature increment is predicted,and finally the effect of windstress on thermal discharge is discussed. 相似文献