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流速逆变张量隐式求解方法及其在航道港池流场计算中的应用 总被引：6，自引：1，他引：5
运用高分辨率的边界适应网格进行流体动力学数值计算时,如何提高计算稳定性和减少计算量成为数值求解的关键性问题.在非正交的边界适应坐标系中,每个动量方程中同时出现了两个交叉方向的水位偏导数项,给隐式求解带来困难,而显式格式下的时间步长由于受与空间步长有关的Courant-Friedrichs-Lewy条件限制,计算量成倍增加.本文从广义曲线坐标系下浅海动力学方程组出发,导出了流速的逆变张量所满足的动量方程组,使方程中的水位偏导数项变成了沿某一协变基向量方向占优的形式,方便地采用了交替方向隐式差分格式,从而提高了计算稳定性并减小了计算量.本文通过对澳门海域航道和港池中流场的计算,证实了该模式是一种进行高分辩率数值计算的有效方法. 相似文献
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胶州湾三维变动边界的潮流数值模拟 总被引：35，自引：3，他引：35
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。 相似文献
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具有潮滩移动边界的浅海环流有限元模型 总被引：3，自引：3，他引：3
本文基于二维化浅水动力学方程组,运用伽辽金加权余量法导出计算浅水环流的有限元公式.对计算区域采用三角单元剖分,用线性插值函数逼近流速及水位,使用集中质量法以代替求解大型代数方程组的过程.通过建立陆水边界位置与瞬时水位的相关关系,解决了陆水边界线移动的数学处理问题.对于运动方程中的底摩擦项和科氏力项采用隐式格式,从而改善了模型的数值稳定性.对皮口沿岸潮流场的数值分析,较好地再现了该海区的实际流况,从而证明了本文所建立的环流模型具有良好的重现性.皮口港扩建工程流场预测应用实例说明了本模型可以用来解决小尺度潮滩海区的流场预测问题,在海洋开发活动中具有广泛的应用前景. 相似文献
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分别采用模式气压场及模式台风场计算气压分布及风速分布,采用地形拟合的sigma坐标水动力方程组及紊流方程建立了潮流、风暴潮耦合模型。三维水动力方程组通过分裂算子法与Casulli半隐式差分格式直接求解。在珠江口的极值流速计算中,先进行了南海北部的潮流、风暴潮耦合模拟,模拟水位与实测值符合较好。以六区域模拟结果为边界,采用嵌套网格方法,在珠江口进行了高分辨率的潮流、风暴潮耦合模拟。选用1968～1999年共65个影响工程区域的台风过程,计算出珠江口的海域年极值流速序列,分析了该海域多年一遇的极值流速分布。 相似文献
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海岸工程中实用三维流场数学模型研究 总被引：6，自引：0，他引：6
本文以完整的具有自由表面的三维非线性Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程组为基础方程，经垂向σ坐标变换后得到模型方程。采用有限差分法进行数值求解；垂向上等间距分层，使用隐式中心差分格式；水平方向上给出两套网格－正方网格和不规则三角形网格离散形式。 相似文献
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应用边界拟合坐标系统，解决了闽江河口河道曲折汊道多造成的计算方向与河底走向交角过大的难点；针对闽江河口长宽比相差较大的特点，移植了通常用于河道计算的沿纵向求解大尺度矩阵问题转化为沿横向小尺度矩阵求逆的水流方程求解方法，采用全隐差分格式，使闽江口数模网格步长最小控制在50m左右，时步长达3min，潮位、流场与实测拟合良好。 相似文献
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渤海湾三维变动边界潮流数值模拟 总被引：4，自引：2，他引：4
基于河口、陆架和海洋模式 (ECOM模型 ) ,引入干湿网格法模拟潮滩涨落的改进 ,建立了渤海湾三维变动边界潮流模型。该模型网格采用为 4 80 m× 6 2 0 m,垂向 4层 ,充分考虑渤海湾潮滩广阔的特点。计算结果与实测值比较符合良好 ,较好地刻画出渤海湾 M2 分潮潮流场的时空分布特点。 相似文献
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边界拟合坐标下流场计算模式 总被引：1，自引：0，他引：1
流场数值模拟中，采用曲线坐标法准确模拟计算水域自然边界情形是当今研究的热点之一。本文借助于自然界中某些物理现象中其函数符合椭圆型且必然正交这一特性，建立了曲线坐标系，弥补在笛卡尔坐标系下二维流场模拟的边界贴合不足。应用本模式对我国某一河口水域的潮位和流场进行计算，结果表明；该模式具有物理意义清晰、稳定性良好、精度高等特点，模式对实际工程中流场模拟具一定的应用价值。 相似文献
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海洋流体动力学的一种交替方向隐式二维数值模式 总被引：5，自引：2，他引：5
本文提出一种计算浅海潮汐、风暴潮及其他长周期波动的二维数值模式.动力学方程用建立在交错网格上的二步差分子方程近似,两步均为隐格式,其中一步用于计算水位和x方向速度分量,另一步计算水位和y方向速度分量.两步交替进行以获得每一时间步长的值,该格式具有二阶精度.文章用Von Neumann方法证明了该计算格式的线性差分方程是无条件稳定的.为检验数值模式的可靠性,本文作了一系列数值实验.在有一开边界的长方形平底和斜底水域中以开边界处周期性振动和海面处定常风应力驱动下,数值模拟所得结果与解析解完全一致;在水深不连续,边界封闭的矩形水域中,水位对定常风响应的数值解也与Leendertse模式计算结果完全一致.模式还用于对南海风暴潮进行后报,良好地再现了风暴增水过程. 相似文献
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贴体正交曲线坐标系下水流泥沙数学模型的构建与应用 总被引：1，自引：0，他引：1
为了研究深圳河河口福田保税区围垦填土占用部分河道对深圳河治理工程防洪能力和河床冲淤变化的影响情况，建立了贴体正交曲线坐标系下的平面二维的深圳河河道-河口-海湾整体水域的水流泥沙数学模型，模型中采用双步全隐有限差分法离散求解水流运动方程，悬沙不平衡输运方程采用三阶QUIKEST格式离散后用交错方向法求解。在经实测水文资料验证的基础上，应用数学模型计算了8种洪峰流量和河口高潮位组合4种围垦填土的挖除方案下深圳河沿程水位和河床冲淤变化，讨论了深圳河治理工程防洪能力降低的程度和近河口段洲滩冲刷以及所造成香港一侧红树林的破坏情况，提出了优化挖除方案。 相似文献
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基于原正交ECOM(Estuarine Coastal and Ocean Model)模式，把它改进为非正交曲线坐标系下模式，以较好地拟合河口海岸岸线的变化，有效提高局部空间分辨率，提高计算速度和精度；应用预估修正法提高模式的稳定性；扣除局域平均密度层结提高。坐标系下斜压压强梯度力的计算精度；采用Euler-Lagrange方法改进物质输运方程中的平流项计算方法。数值试验结果证明以上4种方法有效地提高了模式的计算精度。把改进的模式应用于长江河口、杭州湾及邻近海区，模拟结果与观测资料较为一致。改进后的模式可更好地应用于河口海岸的研究中。 相似文献
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长江口自适应网格的构造与水流和泥沙冲淤的数值模拟的初步研究 总被引：7，自引：1，他引：6
随着沿海经济带的开发利用,河口海岸动力学问题,如航道淤积、河口演变、港湾建设及污染物的排放和扩散等,日益引起人们的重视.数值模拟方法是研究这些海岸环境问题的理想工具之一,但由于河口区域的海岸线和河岸线的形状非常复杂,加上众多的岛屿,给模式网格的划分造成很大的困难.为此,我们将自适应网格的生成方法应用于河口港湾的数值模拟研究,以长江口和杭州湾的水动力学模拟为例,该法较好地克服了均匀网格拟合边界的困难,得到了较合理的计算结果. 相似文献
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为了能够精确地拟合天然水域不规则的水陆边界,并能保持有限差分数值计算在矩形网格中进行,本文利用Thompson的数值网格生成技术,在长江口南支七丫口至横沙河段设计了一个椭圆型边界拟合坐标系,并在这个坐标系下建立了平面二维潮流数学模型。通过数值求解此数学模型,实现了计算区域内现状潮流的一个数值模拟,模拟结果表明,模式的设计是成功的。 相似文献
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三维陆架模式及其应用——一个三维陆架模式及其在长江口外海区的应用 总被引：1，自引：0，他引：1
建立一个σ坐标系下三维非线性斜压浅海与陆架模式，并首次应用于夏季长江冲淡水扩展的研究。模式计算区域为整个东中国海，水平分辨率为７．５′×７．５′，垂向分辨率为１１层，考虑实际海岸形状和海底地形，在空间完全交错的网格系统上，离散化控制方程组，采用ＡＤＩ计算方法数值求解。动量方程中的非线性项采用二次能量守恒的半动量格式，温盐方程中的平流项采用迎风格式，垂向涡动扩散项采用隐式。数值试验结果基本再现了伸向东北的冲淡水舌和东中国海的环流结构 相似文献
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实际工程中存在大量的曲边界,因此在曲边界上的计算准确性可以考察出一个数值模型的实用价值。利用Beji的改进型Boussinesq方程建立了一个有限元方法的数值波浪模型。造波方面采用Fenton提出的非线性规则波浪解;在墙边界处,以求解法线方向和切线方向的速度和导数代替求解x、y方向的速度和导数,从而使边界条件直接适用、严格满足,保证了对曲边界计算的准确性。"重开始广义极小残量法"的使用保证了求解方程组的效率和精度,使造波和边界处理方法的有效性和准确性得到了合理地诠释。通过与试验数据、他人数值结果、解析解的比对,显示出该模型计算稳定、结果准确,真正体现出了有限元方法对曲边界适用的优势。 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