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基于修正控制方程的复杂边界溃坝水流数值模拟
  • ISSN号:1003-1243
  • 期刊名称:水力发电学报
  • 时间:2014.10.25
  • 页码:99-107
  • 分类:TV122.4[水利工程—水文学及水资源]
  • 作者机构:[1]中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京100038, [2]四川省水利水电勘测设计研究院,成都610072
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(51309254,51209223,51109112); “十二五”国家科技支撑计划项目(2013BAB05B01); 中国水利水电科学研究院青年科研专项(资基本科研1401); 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室开放研究基金项目(2011491911); 国家重点基础研究发展计划(973)(2013CB036406)
  • 相关项目:干旱区内陆河尾闾湖泊湿地生态需水及保护研究- - 以玛纳斯湖湿地为例
中文摘要:

建立了适应于结构网格的复杂边界浅水流动有限体积数学模型。基本控制方程采用对自由水面相对高度在水平向和垂直项进行分裂后形成的守恒性的修正二维浅水方程,在结构网格上采用中心型格式离散基本控制方程,采用能够有效捕捉激波的近似黎曼求解器HLLC计算界面通量,并使用坡度限制器重构界面两侧变量,利用MUSCL-Hancock在时间维上积分,使时空精度提升到二阶;分别采用中心差分格式和全隐式方法处理底坡项和阻力项,保证了模型稳定性。提出了局部修正底高和水位的干湿边界处理方法和基于B样条曲线的复杂边界处理方法,很好地处理了急变水流变化引起的干湿单元网格的动态交替和复杂边界处水流特性正确表达。最后通过算例证明了模型性能较好,具有推广价值。

英文摘要:

This paper presents a high-resolution two-dimensional finite-volume numerical model based on structured grids for unsteady two-dimensional shallow-water flow over topography with wetting and drying and complex boundary. This model adopts a modified version of the two-dimensional shallow water equations, which correctly balances flux gradient and source terms, and calculates flow flux with Godunov-type finite-volume shock-capturing HLLC schemes. Spatial and temporal accuracy are improved to second order by applying a slope limiter and a prediction-correction method called MUSCL-Hancock, and slope source terms and friction source terms are treated with central difference scheme and fully implicit method respectively. A robust procedure is adopted to efficiently and accurately simulate the movement of wet/dry boundary, and a method of high simulation precision for complex boundary, simplicity of treatment, and high calculation efficiency, is used for calculation of computational boundary. Finally, two tests are used to validate the solver of the model, and the results indicate that the presented model can accurately capture various flow processes and shows good stability and accuracy.

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期刊信息
  • 《水力发电学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国水力发电工程学会
  • 主编:李庆斌
  • 地址:北京清华大学新水利馆211室
  • 邮编:100084
  • 邮箱:
  • 电话:010-62783813
  • 国际标准刊号:ISSN:1003-1243
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2241/TV
  • 邮发代号:
  • 获奖情况:
  • 优秀学术期刊三等奖
  • 国内外数据库收录:
  • 荷兰文摘与引文数据库,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:12057