基于有限体积法的二维水流水质模拟

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1、河海大学硕士学位论文基于有限体积法的二维水流水质模拟姓名：陈丕翔申请学位级别：硕士专业：城市水务指导教师：管仪庆20070501I墨摘要近几十年来，我国经济迅速发展，人口急剧增长，工业化、城市化进程加速，同时大量工业废水、生活污水进入江河、湖泊或近海，造成了严重的水体污染，使我国本来就短缺的水资源日趋短缺，威胁人类的生存和经济社会的可持续发展。因此保护、改善水环境成为一项紧迫而又艰巨的任务。研究水流水质的数值模拟技术，可以模拟水流运动及污染物的输移扩散，为水环境的保护和改善提供技术支持，因而具有十分重要

2、的理论意义和实用价值。基于间断思想的非结构网格有限体积法因守恒性好，自动逆风，具备处理间断问题及复杂几何边界的能力，在浅水水流的数值模拟中取得了巨大的成功，目前正逐渐应用到水质和泥沙的模拟中。本文对基于有限体积法的二维水流水质数值模拟技术进行研究。首先介绍二维水流水质方程的离散方法，接着对求解的关键技术如控制体界面数值通量的计算、不规则地形的处理、开边界及陆地边界的处理、动边界及扩散项的处理等进行了详细论述。采用“斜底”模型处理不规则的水下地形，对计算控制通界面平均通量的中点公式和高斯三点公式进行了数值

3、验证，提出用高斯两点公式计算控制通界面平均通量，提出了一种新的适合于有限体积法的动边界处理技术。接着，对数值模拟软件的集成和实现技术进行研究，提出采用基于组件的软件架构来实现数值模拟软件，用面向对象的思想来开发核心计算组件，用MapWinGIS组件为平台进行计算结果的可视化。最后，用实验数据对开发的模型进行验证，并将其应用到广东台山核电站温排水模拟研究中。模型的验证和应用表明：模型具备了对复杂地形、复杂边界的水流、水质进行模拟的能力，具有良好的应用前景。Duringthepastdecades，with

4、thedevelopmentoftheeconomics，theindustrializationandurbanizationprocesshavespeedupinChina．Meanwhile,abundantindustrialandmunicipalwastewaterisdischargedintosurfacewaterbodieslikeriversandlakes，whichresultsintheseriouswaterpollution,andaggravatestheshorta

5、geofthewaterresourcesandeventhreatenstheexistofmankindandsustainabledevelopmentofthesocietyandeconomics．Therefore，theprotectionandimprovementofwaterenvironmentbecameanurgentandarduoustask．Theresearchonnumericalsimulationtechnologyformodelingthecontaminan

6、ttransportproblemsisofgreatinterestforthepracticalengineeringbecau．∞itcouldprovidetechnologysupportfortheprotectionandimprovementofwaterenvironment．TheunstructuredmeshFiniteVolumeMethod(FVM)basedondiscontinuoustheoryhasgainedtremendoussuccessinthesimulat

7、ionofshallowwater,becauseithasvirtuesofconservation．automaticallyupwindedandabilitiesofdealingwitlldiscontinuousproblemsandcomplexgeometryboundary．Now,theFVMisappliedtothesimulationofcontaminanttransportstepbystep．Itisintendedtostudythe2Dflowandcontamina

8、nttransportbyusingthenewtechnologywhichisbasedOilFVM．Firstly,itintroducesthenumericalapproximationmethodto2Dflowandwaterqualityequation．Thenitistostudythekeyteclmologiesofsolving2Dflowandwaterqualityequation,suchasfluxcomp