波浪作用下悬沙运动研究

论文摘要

波浪作用下泥沙的悬扬及运动规律是海岸动力学和海岸工程中的重要研究课题。以往大都从建立平稳波场下周期平均含沙量垂向分布公式入手。但这种方法未考虑对流项在悬沙运动中的影响,不能揭示含沙量的瞬态分布规律。本文通过物模和数模两种方法,研究泥沙的悬扬过程、悬沙含沙量瞬时垂向分布规律,以揭示泥沙运动的内在机理,取得的主要成果有概括如下。1.采用一实际沙样,进行了波浪作用下泥沙悬扬实验,测得了一定波浪条件下周期平均含沙量垂向分布和底部流速,据此推算出底部切应力。2.采用数学模型对波浪作用下含沙量垂向分布进行了模拟。计算中,首先运用波浪数值水槽计算波浪场参数,包括流速场、紊动参数以及VOF值。计算中发现,紊动强度随时间的增长而增强。当模型运行到近40个波时,波形开始出现明显衰减现象。故实际计算截取波形达到稳定后的三个波的数据作为输入数据,进行悬沙悬扬规律研究,得到了瞬时含沙量沿水深分布的结果,并将结果与实测值进行了对比,两者大体一致。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 波浪数学模型
• 1.3 悬移质泥沙运动规律研究
• 1.4 波浪作用下含沙量垂线分布研究的进展
• 1.5 本文主要工作内容
• 第二章 垂向二维波浪及悬沙运动数学模型基本理论
• 2.1 数值波浪水槽基本理论
• 2.1.1 控制方程
• 2.1.2 边界条件
• 2.2 控制方程的封闭
• 2.2.1 k- ε方程
• 2.2.2 紊流模型边界条件
• 2.3 悬沙输运控制方程
• 2.4 本章小结
• 第三章 控制方程的数值求解
• 3.1 计算域的剖分以及变量的定义
• 3.2 控制方程的离散
• 3.2.1 流体运动控制方程的离散
• 3.2.2 对流项的离散
• 3.2.3 应力梯度项的离散
• 3.2.4 泊松方程的离散
• 3.2.5 k- ε模型的离散
• 3.3 自由水面的追踪
• 3.4 悬沙输运方程的离散
• 3.4.1 对流项的离散
• 3.4.2 扩散项的离散
• 3.5 垂向二维数值波浪及悬沙运动数学模型的求解过程
• 第四章 悬沙运动的物模和数模研究
• 4.1 物模水槽泥沙起动及含沙量垂向分布实验概述
• 4.1.1 实验基本条件
• 4.1.2 实验过程概述以及底部切应力
• 4.1.3 垂向含沙量实测结果
• 4.2 含沙量的数值模拟
• 4.2.1 边界条件
• 4.2.2 含沙量数值模拟
• 4.3 本章小结
• 第五章 全文总结及建议
• 参考文献
• 参加科研情况说明
• 致谢