长江口口外海滨盐度扩散的分层数学模型

本文根据长江口口外盐度分层现象明显的特征,建立了一个分层数学模型计算长江口口外海滨的潮流和盐度扩散变化情况,侧重研究了盐度分布在垂向上的变化,并获得了良好的结果.这个分层模型可以作为长江口环流数值模型的一个初步探讨.     

风生环流的准三维数值模拟

本文在水平流速垂向分布表达式采用二次多项式的基础上,对二维浅水方程组中的动量方程进行修正,建立了风生环流的准三维数学模型.应用破开算子法求解考虑动量修正的深度平均方程,对破开后的两个分步分别采用隐式格式和预估-校正格式离散,得到了准三维数值解.验证计算表明该数值模式能用于模拟河口,水库和港湾内的风生环流,算法的稳定性好,收敛快.     

求解二维扩散方程的一种高精度紧致差分格式

扩散方程通常用来描述扩散现象中的物质密度的变化或者与扩散相类似的现象,针对二维扩散方程提出了一种高精度紧致差分格式,该格式基于四次样条函数对空间变量进行离散,对时间导数采用(2,2)Padé逼近,从而得到了时间和空间均为四阶精度的紧致差分格式.然后证明了该格式是无条件稳定的.最后通过数值实验,验证方法的精确性和稳定性.     

二维调和分数阶扩散方程的数值模拟

讨论一个二维调和分数阶扩散方程,其中的调和分数阶导数是分数阶导数的推广,可模拟粒子在早期的超扩散向后期的次扩散的渐进行为.采用隐式交替方向法(ADI)和Crank-Nicolson(C-N)格式建立方程的数值离散格式,并采用外推法得到差分格式的二阶精度,运用矩阵分析的方法给出稳定性和收敛性的证明,同时给出一个数值例子说明所建立的数值离散格式的有效性.     

二维线性对流扩散方程一种新的特征差分算法及收敛分析

讨论了二维线性对流扩散方程,将特征线法和有限差分法相结合,借助于双线性插值,给出了求解二维线性对流扩散方程数值解的一种新的特征差分格式,并分析了该算法的收敛性.此算法表明对于一类对流扩散方程,应用此差分格式,能更有效地消除数值振荡现象,从而极大地提高数值逼近度.     

长江口口外海滨盐度扩散的分层数学模型

本文根据长江口口外盐度分层现象明显的特征,建立了一个分层数学模型计算长江口口外海滨的潮流和盐度扩散变化情况,侧重研究了盐度分布在垂向上的变化,并获得了良好的结果。这个分层模型可以作为长江口环流数值模型的一个初步探讨。     

求解对流扩散反应方程的一种高精度紧致差分方法

首先,针对一维对流扩散反应方程,借助截断误差余项修正的方法,将中心差分格式余项中未知函数的三阶和四阶导数项利用一阶导数的表达式来代替,从而提出一种新的紧致差分格式,具有四阶精度.然后,为了简化计算,对格式常系数形式的耗散误差和色散误差进行分析,证实该格式的低耗散性.接着,将该方法推广到二维,运用降维的思想转化成2个一维形式的定常对流扩散反应方程,并用求解一维方程的方法,离散后相加即得二维对流扩散反应方程的紧致差分格式.最后,通过数值实验验证本文格式的精确性和可靠性.     

二维对流扩散方程的紧致差分格式

总结了近些年出现的针对二维对流扩散方程给出的多种差分格式;随后对一维模型给出了一种基本二阶格式,然后将结果直接推广应用到二维情形,得到一种新的无条件稳定的二阶五点差分格式;最后通过数值实验与前面诸多格式比较,结果表明该格式具有非常好的计算效果.     

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…

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谈水扩展的天空，模式计算区域为整个中国海，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，在中空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     

边界层对流扩散方程在自适应网格上的高精度紧致格式

对流扩散方程在非均匀网格上的高精度紧致格式具有精度高、模板小等优势,然而现有方法往往需要事先指定边界层或大梯度的位置,利用网格分布函数生成非均匀网格并调整网格分布参数,这严重影响方法的适用性.本文提出了一种在二维计算区域上生成正交网格的自适应方法,根据物理解的特征对网格的分布进行自适应调整,并结合非均匀网格上的高精度紧致格式对一维及二维边界层对流扩散问题进行求解.数值结果表明,自适应网格方法结合高阶紧致格式可以有效求解边界层问题,提高数值解的精度,减少计算所需的网格和计算量.     

各向异性湍浮力模型在潮流底部排放计算中的应用

为预测湍浮力射流的流速及浓度分布,确认湍浮力流动的应力由应变和浮力作用引起,从而将非线性应力模型和由平衡近似得到的浮力模型组合,建立了非线性各向异性湍浮力模型。该模型避免了数值奇异。应用于潮流底部排放的湍浮力射流模拟,其数值结果合理,并表明该模型能预测浮力在潮流底部排污中的重要影响。     

上海南汇嘴控制工程波浪潮流数学模型

上海南汇嘴控制工程位于长江口和杭州湾交汇的南汇边滩,是上海市滩涂资源开发利用的重点工程.该海域受径流、强潮和波浪的相互影响,对控制工程的成败起着重要的作用.应用波浪作用下二维潮流数学模型和第3代近岸海浪模式SWAN,建立了二维波浪潮流数学模型.根据2006年8月大潮实测水文资料和大戢山站1979～1998年和杨梅嘴站1997年8月～2001年7月实测波浪资料,对模型进行了全面的验证.结果表明,数值模拟海域潮位和定点垂线流速、流向、波高的计算值与实测值吻合良好.重点研究了圈围工程对附近的长江口南槽、杭州湾北岸、东海大桥、天然液化气管线南汇登陆点及洋山深水港区的水流及波浪的影响和变化.     

杭州湾湾内天文潮与风暴潮耦合模式建立与应用

区域水资源复合系统的可持续利用演变呈不同S形增长模式.基于线性假设的Logistic模型不能够反映演变模式的多样性,所以引入更有弹性的Richards模型来描述区域水资源复合系统的演变过程,将其演变模式分为前后相近型、迅速崛起型和缓慢崛起型;并通过分析不同演变模式的特征得出,迅速崛起型的顶峰期前期、缓慢崛起型的起步期后期也是可持续利用的理想区间.在此基础上,进一步分析了区域水资源复合系统可持续利用长期演变轨迹,表明演变是连续性渐变和间断性"涨落"的结合.最后,以大连市为例,做了定量的应用研究.结果表明,大连市水资源复合系统1980～1988年、1990～1998年的演变轨迹呈规则的S形,其演变模式均属于迅速崛起型;1980～2007年的演变轨迹渐变中存在着"涨落",基本符合S形,属于缓慢崛起型.     

北部湾三维风暴潮模拟

模型以经Ｓｉｇｍａ坐标变换后具有自由表面的三维非线性Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程为基本方程,采用紊流封闭模型求解垂直方向紊动粘滞系数,建立了一个北部湾的三维风暴潮模型。应用该模型对典型的８００７号及８４１０号风暴潮进行了模拟,风暴潮位的验证较好,并获得了风暴潮流的空间结构特征,揭示了台风引起的北部湾沿岸海水交换。     

Numerical Analysis of the Mixing Zone for a Vertical Discharge into a Tidal River

Introduction　　WiththerapiddevelopmentofindustryandagricultureinChina,nowenvironmentpollutionbecomesaveryseriousproblem.Atpresent,manycoastalcitiesarebuildingorhavebuiltwastewatertreatmentprojectsneartheoceanorriverstotakeadvantageoftheself-cleaningcapabilityofriversandoceans.Inordertoconstructsuchdischargeprojectstomeettheenvironmentqualityrequirements,predictionofthepollutantconcentrationfieldisneededatthedesignstage.ThewastetreatmentprojectanalyzedinthispaperissituatedontheQiantangRiver,…     

潮流能自由变偏角水轮机自启动特性分析

垂直轴水轮机的启动特性是潮流能发电技术的关键问题之一.根据模型试验技术,测量潮流能自由变偏角水轮机转速和转矩在启动过程中的变化规律.基于黏性CFD数值模拟方法,监测该水轮机水动力转矩、负载转矩、叶片偏角、叶片切向力等参数在启动过程中的变化规律.通过分析上述运动参数与动力参数之间的相互作用探讨该水轮机启动特性.研究结果表明:自由变偏角水轮机由于能够迅速调整叶片偏角,因此可以改善水轮机启动过程的总体水动力性能;转矩-速比特性决定该水轮机启动过程经历起步、加速和渐进稳定3个阶段;当发生超载或者受到波浪影响时,水轮机将从渐进稳定段进入不能稳定运行的加速段,继而发生快速停机现象.     

黄茅海潮流波浪计算分析

采用海岸工程水动力学数学模型对黄茅海潮流场及波浪场进行了计算.潮流计算中利用水平方向上的曲线正交坐标与垂直方向上的Sigma坐标相结合以及三维模型二维化的方法,波浪计算采用双曲型缓坡方程,并引入改进型的非线性弥散关系,从而能反映波浪的非线性效应.计算结果与实测结果比较表明：模型能较好地复演黄茅海潮流及波浪场,可以用于工程实际中沿岸及河口湾潮流波浪场问题的计算.     

潮流数值模拟中紊动粘性系数的研究

从流体运动基本方程出发，对Boussinesq假设的合理性进行了初步探讨，阐述了紊动粘性系数的物理含义及其在数值计算中所起的作用，就一内设正交丁坝的半封闭海域中的平面紊动粘性系数对二维潮流数值计算结果的影响进行了讨论。结果表明，平面紊动粘性系数对潮位和平均流速的影响较小；随着紊动粘性系数的增加，丁坝背流侧回波的强度和影响范围均明显增大，就风生流和环岛水流两个理论算例中的垂向紊动粘性系数对三维潮流数值计算结果的影响进行了讨论。结果表明，垂向紊动粘性系数越大，流速分层越不明显，流速的绝对值也越小；垂向紊动粘性系数的梯度变化则对水平流速的垂向分布起着决定性的作用。综合理论分析和数值试验的成果，垂向紊动粘性系数宜采用抛物线分布的结构型式。     

北部湾及广西近海潮流数值模拟

该文采用二维浅水模型模拟分析了北部湾海域潮流系统,并在此基础上建立了广西沿海一、二维耦合水动力模型,模型中考虑了广西沿岸6条主要入海河流对近岸水动力的影响,进一步分析了广西近海海域潮致余流场及其对近海污染物输移扩散的影响。模型潮位计算值和实测值符合良好。结果显示:K1分潮在北部湾口形成一个逆时针旋转潮波系统,M2分潮在湾顶越南海防附近形成逆时针旋转潮波系统,广西近海海域K1分潮占优。广西沿海海域内,离岸较近的海域余流场相对较强,余流速度受浅水效应及湾口等地形缩窄影响而增强;离岸较远海域余流明显减弱,水体交换能力降低。