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水利工程论文-河道平面二维水沙数学模型的有限元方法.doc水利工程论文-河道平面二维水沙数学模型的有限元方法.doc

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水利工程论文河道平面二维水沙数学模型的有限元方法摘要采用有限元方法建立起一套河道平面二维水流泥沙数学模型。在前人研究的基础上,采用了质量集中的处理方法,提出了压缩存储的方法,从而大大减少了计算存储量。针对有限元法时间步长需取得较短问题,采用了“预报校正迭代”的算法,提出了“非恒定恒定非恒定流”的算法,既能解决工程实际问题,又大大减少了计算量。作者以下荆江监利河段为例进行泥沙冲淤计算,计算结果与实测值符合较好,从而证明了模型的可靠性。关键词水流泥沙有限元模型验证三峡工程建成后,水库将拦蓄大量泥沙,下泄水流含沙量减小,对三峡工程坝下游河道将产生以冲刷为主的影响,包括对荆江河段的河势及荆江大堤带来影响。为研究坝下游重点河段的河床冲淤分布、河势变化、近岸流速变化等问题,一维模型显得无能为力,但可采用平面二维模型来解决。有限元方法可采用无结构化网格,能很好地模拟不规则的几何形状,因此很适合于对天然河道的模拟。然而,正如其它方法一样,有限元法也有它的缺点,主要是计算存储量和运算量较大。为扬长避短,使有限元方法能运用到对天然河道的模拟上来,本模型运用质量集中[4]的方法将系数矩阵转化为三对角矩阵,并提出了紧凑的分块压缩存储方法,从而大大减少了计算存储量,使得计算能在一般微机上进行。采用质量集中方法的不足之处是时间步长需取得较短,且在河道模拟中尤为突出因河道比较窄长,网格需划分很细,而该法的稳定性要求时间步长与网格尺度成正比。针对该问题,笔者采用了“预报校正迭代[5]”的算法,该法可加大时间步长,同时有效避免了数值震荡。针对长系列水沙条件下计算量较大问题,作者又提出了“非恒定恒定非恒定流”的算法,该算法既能解决工程实际问题,又大大减少了计算量,使有限元方法能够很好地运用于河道水流泥沙问题的实际计算。1基本方程平面二维水流方程1234推移质不平衡输移方程[65河床变形方程由悬移质引起的河床变形方程为ENDIF6由推移质引起的河床变形方程为7以上各式中U,V分别为垂线平均流速在X,Y方向上的分量;ZS、ZB和H分别为水位、河底高程和水深;G为重力加速度;VT为水流紊动粘性系数;Ρ为水的密度;ΤX、ΤY、舄瓂分别为底部切应力在X和Y方ΤX、ΤY,向上的分量C为谢才系数,常用曼宁公式计算CH1/6/N;S和S分别为垂线平均含沙量和挟沙力;N和N分别为推移质输沙量和推移质输沙能力折算成全水深
编号:201312122211426004    类型:共享资源    大小:36.75KB    格式:DOC    上传时间:2013-12-12
  
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