黃河上游連續(xù)彎道水流運(yùn)動(dòng)及泥沙運(yùn)移數(shù)值模擬研究

內(nèi)容概要

景何仿、李春光所著的《黃河上游連續(xù)彎道水流運(yùn)動(dòng)及泥沙運(yùn)移數(shù)值模擬研究》結(jié)合作者的部分研究成果，以及在相關(guān)科研實(shí)踐中的積累，在作者博士論文的基礎(chǔ)上經(jīng)過認(rèn)真修改而成。本書主要建立了關(guān)于天然河流的平面二維紊流水沙數(shù)學(xué)模型，在局部彎道河段建立了三維紊流水流模型，研究了相應(yīng)數(shù)值計(jì)算方法，并對(duì)黃河上游特定河段的水流運(yùn)動(dòng)、泥沙運(yùn)移及河床變形進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。
《黃河上游連續(xù)彎道水流運(yùn)動(dòng)及泥沙運(yùn)移數(shù)值模擬研究》適用于高等院校和科研單位的研究生、工程技術(shù)人員和研究人員，可作為計(jì)算數(shù)學(xué)和水利水電工程有關(guān)專業(yè)人員的參考用書。

作者簡(jiǎn)介

景何仿，男，1969年6月出生，甘肅岷縣人，博士，現(xiàn)為北方民族大學(xué)副教授。1995年7月畢業(yè)于西北師范大學(xué)數(shù)學(xué)系，獲理學(xué)學(xué)士學(xué)位，在甘肅岷縣第一中學(xué)任教多年。2004年7月獲蘭州大學(xué)計(jì)算數(shù)學(xué)專業(yè)理學(xué)碩士學(xué)位。畢業(yè)后到北方民族大學(xué)工作至今。2006年11月，在國家留學(xué)基金委“青年骨干教師出國研修項(xiàng)目”的資助下，赴英國Aberdeen大學(xué)物理學(xué)院工程系，進(jìn)行了為期6個(gè)月的合作研究。2008年9月，考入—7夏大學(xué)土木與水利X—程學(xué)院，攻讀水利水電專業(yè)博士學(xué)位，于2011年6月獲得工學(xué)博士學(xué)位，其博士論文榮獲2011年度“寧夏回族自治區(qū)優(yōu)秀博士論文”稱號(hào)。近年來，撰寫并發(fā)表了30多篇論文，其中大多數(shù)文章發(fā)表在核心期刊上，有2篇被SCI檢索，3篇被EI檢索，1篇被ISTP檢索。主持完成了2項(xiàng)省部級(jí)科研項(xiàng)目和2項(xiàng)寧夏高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目，目前正在主持1項(xiàng)寧夏自然科學(xué)基金項(xiàng)目。作為項(xiàng)目組第一參與人，參加完成了1項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和1項(xiàng)自治區(qū)水利廳橫向項(xiàng)目，目前作為項(xiàng)目組第一參與人正在參加1項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和l項(xiàng)寧夏長(zhǎng)城水務(wù)公司橫向項(xiàng)目的研究。 李春光，男，1964年12月出生，河南正陽縣人，博士。1983年畢業(yè)于華北水利水電學(xué)院，獲學(xué)士學(xué)位，1983年8月至l988年8月在水電部第十四工程局魯布革水電站從事工程技術(shù)工作，1991年7月獲四川大學(xué)計(jì)算數(shù)學(xué)專業(yè)理學(xué)碩士學(xué)位，1995年9月至1999年6月在西安交通大學(xué)理學(xué)院攻讀計(jì)算數(shù)學(xué)專業(yè)博士學(xué)位。2002年7月至2003年11月應(yīng)邀赴荷蘭Delft理工大學(xué)從事博士后合作研究?，F(xiàn)任北方民族大學(xué)教授，并兼任寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院教授、博士研究生導(dǎo)師。2002年享受國務(wù)院特殊津貼。長(zhǎng)期從事計(jì)算數(shù)學(xué)和計(jì)算流體力學(xué)的教學(xué)、科研工作。現(xiàn)累積發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇，出版學(xué)術(shù)專著1部。主持完成了1項(xiàng)國家級(jí)項(xiàng)目、多項(xiàng)省部級(jí)科研項(xiàng)目的研究，目前正在主持1項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的研究。

書籍目錄

前言
主要符號(hào)表
第一章  緒論
  第一節(jié)  問題的提出
  第二節(jié)  國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
  第三節(jié)  水沙數(shù)學(xué)模型及數(shù)值計(jì)算中存在的一一些問題
  第四節(jié)  本書主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新之處
第二章  數(shù)學(xué)模型
  第一節(jié)  平面二維紊流水沙數(shù)學(xué)模型
  第二節(jié)  平面二維水沙數(shù)學(xué)模型中關(guān)鍵問題的處理
  第三節(jié)  三維紊流水流數(shù)學(xué)模型
  第四節(jié)  小結(jié)
第三章  數(shù)值計(jì)算方法及初邊界條件的處理
  第一節(jié)  適體坐標(biāo)變換
  第二節(jié)  控制方程的離散
  第三節(jié)  壓力修正算法及其在同位網(wǎng)格中的實(shí)施
  第四節(jié)  離散方程組的求解
  第五節(jié)  平面二維水沙數(shù)學(xué)模型的初始條件和邊界條件
  第六節(jié)  水沙運(yùn)移平面二維數(shù)值模擬基本過程
  第七節(jié)  三維可實(shí)現(xiàn)后-8模型數(shù)值計(jì)算方法及邊界條件處理
  第八節(jié)  小結(jié)
第四章  彎道水沙運(yùn)移特點(diǎn)及水沙實(shí)測(cè)結(jié)果分析
  第一節(jié)  大柳樹-沙坡頭河段概況
  第二節(jié)  彎道水流運(yùn)動(dòng)及河床變形特點(diǎn)
  第三節(jié)  主要測(cè)量?jī)x器及測(cè)量人員
  第四節(jié)  實(shí)測(cè)結(jié)果及分析
  第五節(jié)  小結(jié)
第五章  黃河大柳樹-沙坡頭河段平面二維水沙數(shù)值模擬
  第一節(jié)  數(shù)值模擬區(qū)域及初邊界條件
  第二節(jié)  水流運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬結(jié)果及分析
  第三節(jié)  泥沙運(yùn)移及河床變形數(shù)值模擬結(jié)果與分析
  第四節(jié)  小結(jié)
第六章  黃河大柳樹-沙坡頭河段水流運(yùn)動(dòng)三維數(shù)值模擬
  第一節(jié)  數(shù)值模擬區(qū)域及數(shù)值計(jì)算方法
  第二節(jié)  數(shù)值模擬結(jié)果及分析
  第三節(jié)  小結(jié)
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)介

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   求解壓力耦合方程的半隱式方法（即SIMPLE算法）是求解不可壓縮流場(chǎng)的行之有效的方法，最初由Patankar和Spaldin9于1972年提出，目前該算法及其改進(jìn)的一些算法（統(tǒng)稱SIMPLE系列算法）已被廣泛地應(yīng)用于計(jì)算流體力學(xué)領(lǐng)域，而且已被推廣到可壓縮流場(chǎng)的計(jì)算中。其基本思想是：對(duì)于給定的壓力場(chǎng)，按次序求解速度分量的代數(shù)方程，由此得到的速度分別滿足局部線性化的動(dòng)量方程，但未必滿足連續(xù)性方程，因此必須對(duì)給定的壓力場(chǎng)加以修正；把由動(dòng)量方程的離散形式所規(guī)定的壓力和速度的關(guān)系代人連續(xù)性方程的離散形式，得出壓力修正方程；再由壓力修正方程得出的壓力修正值去改進(jìn)速度，以得出本迭代層次上滿足連續(xù)方程的解；最后用修正后的新速度值改進(jìn)動(dòng)量離散方程的系數(shù)，以開始下一層次計(jì)算，直至獲得收斂解。 SIMPLE算法自從提出以來，獲得巨大發(fā)展，目前已有一些改進(jìn)算法，如SIMPLER算法（1980）、SIMPLEST算法（1981）、SIMPLEC算法（1984）、SIMPLEX算法（1986）、PISO算法（1986）、CLEAR算法（2009）等。近年來，該系列算法在工程領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用：在水電站冷卻池水流及傳熱數(shù)值模擬中運(yùn)用了SIMPLE算法；吳修廣等。在非正交曲線坐標(biāo)系下平面二維水流進(jìn)行計(jì)算中采用了SIMPLEC算法；朱木蘭、金海生。在正交曲線坐標(biāo)系下準(zhǔn)三維全沙數(shù)學(xué)模型計(jì)算中采用了SIMPLER算法。 2.不合理壓力場(chǎng)問題 采用常規(guī)的網(wǎng)格及中心差分來離散壓力梯度項(xiàng)時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)不合理的壓力場(chǎng)，在一維情況下可能會(huì)出現(xiàn)鋸齒形壓力場(chǎng)，在二維情況下會(huì)出現(xiàn)棋盤形壓力場(chǎng)，但動(dòng)量方程的離散形式無法檢測(cè)出來，導(dǎo)致計(jì)算的失敗。如何建立網(wǎng)格系統(tǒng)，使得動(dòng)量方程的離散形式能夠檢測(cè)出不合理的鋸齒形或棋盤形壓力場(chǎng)，從而獲得合理的壓力場(chǎng)，是整個(gè)計(jì)算成敗的關(guān)鍵。 針對(duì)不合理壓力場(chǎng)問題，目前主要有以下兩種解決方案： 第一種解決方案是采用交錯(cuò)網(wǎng)格（Staggered Grid）技術(shù)，即將壓力和速度布置在不同的網(wǎng)格系統(tǒng)上。根據(jù)變量的布置方式不同，交錯(cuò)網(wǎng)格又分為B—型交錯(cuò)網(wǎng)格和C—型交錯(cuò)網(wǎng)格。在二維問題中，C—型交錯(cuò)網(wǎng)格將流速及壓力P分別布置在三套網(wǎng)格系統(tǒng)中，其中u布置在壓力控制體的東西界面上，u存放在壓力控制體的南北界面上。而B—型交錯(cuò)網(wǎng)格是將壓力、水位、水深等布置在網(wǎng)格的左下角，將流速及其他標(biāo)量布置在網(wǎng)格中心。不管哪種交錯(cuò)網(wǎng)格，壓力和流速正好有半個(gè)網(wǎng)格的錯(cuò)位。這樣處理后，即可消除鋸齒形或棋盤形壓力場(chǎng)的不合理現(xiàn)象。交錯(cuò)網(wǎng)格技術(shù)可以和ADI算法或SIMPLE系列算法結(jié)合起來，在計(jì)算流體力學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。

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