河口近岸正交非结构网格三维数值模型研究
本文的目的是在Casulli（2000，2005）数值方法的基础上建立适用于河口近岸的非结构网格三维斜压水动力数值模型。目前已有的基于此数值方法的数值模型有UnTRIM模型（Unstructured TRIM Model）和ELCIRC模型（Eulerian-Lagrangian CIRCulationModel）。这两个模型在数值技巧上的主要不同点是采用不同的物理流场定义方法。 UnTRIM模型采用了几何合成的方法逐个多边形定义计算区域的物理流场，ELCIRC模型则通过离散每条边的切向动量方程求得切向流速，然后使用边的法向和切向流速合成物理流场。 一系列的数值实验表明两种方法都存在一定问题，UnTRIM模型由于多边形之间流场的不连续会引起水位和流速计算结果的小幅度抖动，ELCIRC模型的方法则存在切向流速与水位计算之间不能直接反馈的不足。本文提出一种定义物理流场的新方法，该方法首先按照UnTRIM的方法在逐个多边形内求得物理流速，然后在两个多边形之间对切向流速进行平均，以消除多边形之间的不连续，最后用求得的切向流速与原法向流速合成得到物理流场。改进后的数值实验结果表明，新方法消除了物理流场在多边形之间的不连续性，抑制了模型计算结果中的小扰动问题。 在以上讨论的基础上，本文使用Casulli（2000，2005）的数值方法建立了正交非结构网格三维斜压数值模型。通过在U形渠道、“Lock Exchange”、“干－湿”网格等典型地形上的检验，表明模型在计算温盐扩散时能够有效的控制数值弥散，同时具有较好的体积守恒和物质守恒性；模型能够较好的模拟潮滩地形的水动力过程。 最后，本文初步将模型应用到长江口－杭州湾实际地形，对长江口深水航道整治工程附近区域进行了网格加密处理，同时比较了工程修建前后水动力结构的变化。初步检验了三维非结构数值模型对于河口近岸实际问题的模拟效果。
- 作者：
- 刘晓辉
- 学位授予单位：
- 国家海洋局第二海洋研究所
- 专业名称：
- 物理海洋学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2007年
- 导师姓名：
- 董礼先
- 中图分类号：
- P714.6
- 关键词：
- 结构网格；数值模型；航道整治；动力结构；河口近岸
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