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水利工程论文-河势贴体河道平面二维正交网格生成方法的研究及应用.doc

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水利工程论文-河势贴体河道平面二维正交网格生成方法的研究及应用.doc

水利工程论文-河势贴体河道平面二维正交网格生成方法的研究及应用摘要:基于河势概念和Hermite三次插值函数,提出了河势贴体河道平面二维正交四边形网格的生成方法;与边界层坐标系下水深平均流体力学控制方程和SIMPLER算法联合使用,建立了河道平面二维数学模型;进行了葛洲坝枢纽至磨盘溪河段二维网格生成及水流泥沙数学模型的实例研究;讨论了该网格生成方法的主要特征。关键词:正交网络数学模型河势Hermite函数边界层SIMPLER算法1河势贴体网格河道平面二维数学模型网格生成方法研究中两个关键问题是:(1)网格与河道拟合的贴体问题;(2)二维网格、控制方程和数值方法三者之间的匹配问题。目前,常用的河道二维正交网格生成方法是边界拟合坐标系方法,即河道Thompson法[1],它主要是通过物理平面(天然河道平面)与变换平面(数模计算平面)之间Poisson方程边值问题数值解实现二维正交网格的生成。式中:x,y为物理平面网格坐标;ξ,η为变换平面网格坐标;D为物理平面区域。河道Thompson法存在的主要问题有:(1)二维网络主要考虑与河道岸线的拟合,多数情况下与河道的河势或主流线之间的拟合不理想;(2)复杂洲、滩及岸线河道边界、非恒定流动岸和数值求解引起的动边界等情况下,网格与河道岸线之间的拟合同样会出现实际偏离;(3)控制方程变换引起的数值求解困难和数值诱发耗散问题;(4)对于常见的宽、窄相间的河道平面形态,二维网格不均匀间距可能导致的数值计算精度问题;(5)与河道一维断面数学模型的嵌套和联合存在接口困难等等。为了尽可能地避免河道Thompson法的上述问题和困难,本文提出了河势贴体河道平面二维正交网格生成方法。采用这一网格生成方法及相应的河道二维数学模型,不仅可以进行天然河道大多数边界条件下的水深平均平面二维水流、泥沙及温排和污排等计算分析及应用研究,而且还为长河段河道二维及一、二维嵌套数学模型的研究和应用提供了新思路。2网格生成方法张瑞瑾教授[2]认为:河道水流的流态(或河势)具有很广的含义,一切标志河道水流总体倾向的现象,都被纳入这一概念之中。将河流动力学中基本和核心的河势概念,引入到河道二维网格生成方法及其河道二维数学模型的研究之中,具有更加坚实的理论依据和物理基础。河势贴体网格生成方法的总体思想为:放弃传统的网格生成方法中严格要求网格与河道岸线相拟合的思路,采用H

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