二维潮流泥沙数值模拟及可视化研究-论文.pdf

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1、第10期(总第377期)吉林水利2013年l0月[文章编号]1009—2846(2013)10—0010—06二维潮流泥沙数值模拟及可视化研究朱嘉玲．石然(河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏南京210009)[摘要]本研究在以往研究成果基础上，以水动力学基本理论与软件工程理论相结合，研究开发了以VisualBa．sic编程语言为依托的二维潮流泥沙数值模拟及可视化研究模型，共分为三个相互连接的界面，实现了潮流泥沙数据计算处理和可视化效果图显示，操作简便，可运用性强。[关键词]二维；泥沙；数值模拟；

2、可视化；vb[中图分类号]，ITv149[文献标识码]A与进展及河口水动力泥沙数值模拟进行总结但1概述是二维泥沙数学模型问题至今尚未能很好地解决有两点重要原因．其一是由于泥沙运动规律极为潮流与泥沙数值模拟始于20世纪60年代．复杂．对冲积河道的水流和泥沙运动规律认识不是一门新兴的综合性模拟技术．它以流体力学、泥足，很多问题，诸如输沙率、阻力等问题，均没有较沙动力学以及计算数学等学科为基础．结合具体好地解决现有的二维泥沙数值模拟大都是直接工程技术．通过采用数学模型来模拟某种物理现引用一维计算公式．对

3、于这样做是否适合很少涉象．并利用数值计算进行近似求解以复演某种自及深入地系统研究二维水沙运动基本规律．是建然或人工过程这些在严世强．熊德琪Ill对潮流数立二维泥沙数学模型的主要任务之一其二是由值模拟研究进展中均有所提及。与物理模型相比。于河道边界极不规则．在计算中要求划分的网格数值模拟具有经济、快速、修改方便等优点，并且较密．所需计算量及贮存量太大．目前常用的有限不受比尺的限制．已广泛应用于解决各种海岸、河差分法及有限元法难以较好地解决这一问题寻口动力问题的研究．如河口整治工程、环境保护工找计算量

4、及计算贮存量较小且适用于不规则河道程等此外．还可以用来揭示许多海岸、河口物理边界的计算方法．是二维泥沙数学模拟急待解决现象，例如：通过潮流、泥沙数值模拟，可了解水质的问题。点在任意时刻的流速、流向和水量的输送、湍流的模拟开发依托Windows技术平台．采用Visual强度以及涡旋、环流状况和泥沙输移以及底床变Basic编程语言进行可视化程序设计．是一个集输化等。入、输出、计算、结果显示等功能为一体的可视化潮流与泥沙数值模拟的不断发展取决于以下环境模型界面层次清晰．同时对各方案的计算结四个因素：f1

5、)人类生产活动和发展的需求：(2)计果进行直观、动态显示算数学的发展，即提供控制方程更多、更方便的离散求解方法：(3)计算机cpu、内存、运算速度、图像2基本原理制作技术等的发展；(4)河流海洋资料的测量精准度。平面二维潮流泥沙数值模拟所依据的基本方现今．国内外很多学者对此展开研究．李孟国程可归结为：l21、曹祖德【，】等分别海岸河口潮流数值模拟的研究水流连续方程式[收稿日期]2013—05—21[作者简介]朱嘉玲(1992一)，女，江苏宜兴人，本科专业：港口航道与海岸工程。[基金项目]国家创新训

6、练项201205xex029]项目名称：二维潮流泥沙数值模拟及可视化研究。一l0一吉林水利二维潮流泥沙数值模拟及可视化研究朱嘉玲等2013年1O月计算区域内的任意位置及相应模拟时间段以内的一Oh+生+生：0OtOxav任意时刻进行潮流及泥沙运动复演．同时还可对水流运动方程式港口、航道、围垦、码头等水利及海洋工程实施之OuOu+Oz+后的潮流及泥沙运动进行模拟研究。主界面分为+g前处理模块、中期处理模块、后处理技术研究，见h图1。f+I-0＼OxOy／+u誓++ghf—0v+1：0＼OxOy／泥沙扩

7、散方程式堕Ot+Ox+Oy一s[【一OOx、(＼Osxt一)／+图1开始界面ost)]-~OCO)i3．1前期处理模块前处理模块包括河流河段三角形网格形成技河床变形方程式术研究．潮位流量曲线形成与显示．形成操作界面p＼(OaZd／]=。c(s—s)化的网格自动生成软件．并且具有cad画图和简单．图片编辑等功能．为二维潮流泥沙计算软件的开水流挟沙力公式发提供基础ss(五，h，⋯)，五=、／“+主界面分为标题栏、菜单栏、工具栏、主图区式中，h，1一Z分别为垂线水深及平均流速；UaU和状态栏，如图2所示

8、：分别为垂线平均流速在、Y方向的分量；为水位；为河床高程；s、S分别为垂线平均含沙量及相应的水流挟沙力；W为泥沙沉速；为涡流粘性系数；为泥沙扩散系数；P为泥沙干密度；为曼宁系数；ol为系数；t为时间；i表示第粒径级的泥沙，s：∑S。3研究成果介绍图2前处理模块界面二维潮流泥沙数值模拟及可视化研究模型采3．1．1网格的生产原理和代码用VisualBasic开发实现潮流泥沙数学模型具备由于近岸水流运动模拟过程中存在不规则陆模拟河流、河口及海岸区域潮流运动及泥沙输运边界的问题．我们将采用