本科毕业论文答辩.pdf

本 科 毕 业 论 文 答 辩 引言引言 南四湖概况南四湖概况 水电比拟实验水电比拟实验 数值模拟实验数值模拟实验 结果分析结果分析 结束语结束语 本 科 毕 业 论 文 答 辩 全面了解湖泊流场的情况 对于研究其如 何采取措施降低污染改善水质至关重要 这就 需要寻找一种切实可行的流场研究方法 存在困难 湖泊流速十分小 实地测量或常规物 理模型实验的方法 很难获得 研究背景研究背景 本论文 水电比拟的方法模拟 数值模拟 HAMSOM模式 对比验证 水电比拟实验 经典的流体力学实验 水电比拟模拟低流速大流场内陆湖泊流场 武汉东湖 杭州西湖流场研究 无详细实验方法 研究现状研究现状 本论文 南四湖上级湖 多进出水口 2007年1 12月流场研究和水质改善初步方案 本论文 多进出水口水电比拟实验方法的探索 数值模拟 HAMSOM模式 对比验证 自然地理条件自然地理条件 下 级 湖 下 级 湖 济宁市济宁市 枣庄市枣庄市 南 阳 湖 南 阳 湖 独 山 湖 独 山 湖 昭 阳 湖 昭 阳 湖 微 山 湖 微 山 湖 上 级 湖 上 级 湖 南 四 湖 南 四 湖 二级湖闸二级湖闸 京 杭 运 河 京 杭 运 河 沿 线 重 要 的 淡 水 湖 泊 沿 线 重 要 的 淡 水 湖 泊 南 水 北 调 南 水 北 调 东 线 工 程 流 经 的 重 要 湖 泊 东 线 工 程 流 经 的 重 要 湖 泊 南 北 狭 长 为 南 北 狭 长 为 126126kmkm 东 西 宽 东 西 宽 5 5 2525kmkm 水环境问题水环境问题 南四湖上级湖入湖河流 洙赵新河水质为 类 东鱼河水质为 类 其他河流均为劣 类水质 南四湖水质现状图南四湖水质现状图 流场电场 基本量 流速分量 流速分量 VxVx和和VyVy 势函数 势函数 流函数 流函数 电流密度分量 电流密度分量 ixix和和iyiy 电位势函数 电位势函数 U U 电流函数 电流函数 W W 流速 电流 密度分量 连续性方程 无旋条件方程 拉普拉斯方程 y W hy U i x W hx U i y x 11 11 xy V yx V y x 0 y i x i y x 0 y i x i x y 0 0 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 W y W x W U y U x U 0 y V x V y x 0 y V x V x y 0 0 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 yx yx 实 验 原 理 实 验 原 理 实 验 原 理 实 验 原 理 流场电场 拉普拉斯方程 0 0 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 W y W x W U y U x U 0 0 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 yx yx 均很难直接求解均很难直接求解 流势分布流势分布 不能直接测量不能直接测量 电势分布电势分布 能准确直接测量能准确直接测量 比拟比拟 理想流体平面无旋流动理想流体平面无旋流动 电场的电位势分布模拟流场的流位势分布电场的电位势分布模拟流场的流位势分布 实验模型实验模型 实验电路实验电路 调节可变电阻值 调节可变电阻值 各支路各支路电流强度的电流强度的 比例比例关系与实际流关系与实际流 场中各进出水口已场中各进出水口已 知知流量的比例流量的比例关系关系 一致一致 地形模型地形模型 电势采集系统电势采集系统 实验模型实验模型 实 验 电 路 实 验 电 路 地形模型地形模型 数控坐标架数控坐标架 电势采集仪电势采集仪 计算机计算机 测量软件测量软件 电势采集系统电势采集系统 水 电 比 拟 水 电 比 拟 实 验 系 统 实 验 系 统 实验模型实验模型 德国汉堡大学海洋研究所Backhaus教授等开发的 Hamburg Shelf Ocean Model HAMSOM 模式简介模式简介 0 uvw xyz 2 1 hvx uuuupu uvwfvAuAF txyzxzz 2 1 hvy vvvvpv uvwfuAvAF txyzyzz p g z 计算说明计算说明 模型配置 网格经向和纬向网格都取0 5 0 5 的精度 网格数为72 6572 65 时间 2007年1月1日到2007年12月31日 时间步长取30min 水深 分层 水深取2m 垂向取1层 平原浅水湖泊 陆地径流量 同水电比拟实验 科氏力 为与水电比拟 电场模拟平面无旋流体流场 保持一致 不考虑科氏力作用 科氏力将产生有旋运动 底摩擦 南四湖水深较浅 底摩擦效应显著 摩擦系数取为0 1 注 南四湖为内陆湖泊 不存在开边界问题 且不考虑温度 盐度 潮汐 和风向风速的影响 HAMSOMHAMSOM模式控制方程是三维的 但在本模型中垂向取模式控制方程是三维的 但在本模型中垂向取 为为1 1层 各物理量在层 各物理量在z z方向上没有变化 这样就将三维问题转方向上没有变化 这样就将三维问题转 化为二维问题 与水电比拟实验原理保持了一致 化为二维问题 与水电比拟实验原理保持了一致 水电比拟实验流场等势线图和数值模拟流场等水位线图比较分析水电比拟实验流场等势线图和数值模拟流场等水位线图比较分析 水电比拟实验流场等势线图和数值模拟流场等水位线图比较分析水电比拟实验流场等势线图和数值模拟流场等水位线图比较分析 水电比拟实验流场矢量图和数值模拟流场矢量图比较分析水电比拟实验流场矢量图和数值模拟流场矢量图比较分析 水电比拟实验流场矢量图和数值模拟流场矢量图比较分析水电比拟实验流场矢量图和数值模拟流场矢量图比较分析 水电比拟实验和数值模拟流速大小分布图比较分析水电比拟实验和数值模拟流速大小分布图比较分析 水电比拟实验和数值模拟流速大小分布图比较分析水电比拟实验和数值模拟流速大小分布图比较分析 水电比拟电势值与数值模拟水位值相关性分析水电比拟电势值与数值模拟水位值相关性分析 月月 份份相相 关关 性性 系系 数数 10 9660 20 9745 30 9750 40 9708 50 9636 60 9615 70 8581 80 8847 90 9080 100 9695 110 9562 120 9659 全年平均全年平均0 9462 极强正相关关系极强正相关关系 定量说明了水电比拟实定量说明了水电比拟实 验结果和数值模拟结果验结果和数值模拟结果 具有具有较高的相似性较高的相似性 水 水 电比拟实验具有电比拟实验具有较高的较高的 模拟精度模拟精度 水电比拟方法更适用于水电比拟方法更适用于 低流速大流场低流速大流场的模拟的模拟 南四湖上级湖流场的基本情况南四湖上级湖流场的基本情况 南四湖湖区流速较小 在非汛期 汛 期为6月至9月 典型值仅为mm s量级 汛期为cm s量级 流动性较差 低流速区 南阳湖北部 独山湖东北部 高流速区 独山湖 南阳湖连接区域 二级湖闸附近区域 低低 低低 高高 高高 南四湖上级湖水质现状和改善方案初步分析南四湖上级湖水质现状和改善方案初步分析 低流速区水质情况相对较好 高流速区水质情况相对较差 实际角度验证了水电比拟实验的可行性实际角度验证了水电比拟实验的可行性 南四湖水质现状图南四湖水质现状图 水电比拟方法的分析总结水电比拟方法的分析总结 水电比拟方法理论成熟 非常适用于低流 速大流场的模拟 模拟的精度较高 为湖泊 流场的测量提供了一种切实可行的方法 在实验室里就可以实施 不用进行现场调 查 节省大量的人力物力 可测量性强 特别适合低流速的测量 数控采集和位移技术 可以实现数据的实 时采集 处理和分析 水电比拟方法的分析总结水电比拟方法的分析总结 不存在边界条件的选取问题 不会因边界 问题影响测量结果的精度 使用灵活 具有很好的重复性 可随意改 变水域形状或进出水口的位置和流量等 条 件易于控制 可以用来预测规划水域流场 论证降污排污方案的可行性等 具有的优越性 可以使其作为现场调查 数值模拟和常规物理模型实验模拟等的补充 验证 尝试应用于海洋近岸海湾区域流场的模拟 因 为近岸海域水深较浅 可看作薄层 且源汇清楚 水电比拟在海洋科学研究领域发挥更大