河口、海岸三維斜壓水流數(shù)值模式研究.pdf

1、本文對三維水流數(shù)值模式的研究進(jìn)展作了回顧，從河口、海岸三維水流運(yùn)動基本方程出發(fā)，采用Crank-Nicholson時間平均隱格式的β參數(shù)法和預(yù)報校正格式，建立了河口、海岸二、三維流場模式。并將流場模式應(yīng)用于理想地形數(shù)值試驗和實際地形的流場模擬，主要研究內(nèi)容如下： 1．將Crank-Nicholson時間平均隱格式的θ參數(shù)法和預(yù)報校正格式拓廣到正交曲線坐標(biāo)下基于σ坐標(biāo)的三維水流運(yùn)動方程求解過程中，避免了CFL條件和弱不穩(wěn)定性條件限

2、制，提高了模式的穩(wěn)定性、時效性和計算精度，使模型更便于實際應(yīng)用。 2．垂向引入雙σ坐標(biāo)的新型分層坐標(biāo)系，推導(dǎo)了正交曲線坐標(biāo)下基于雙σ坐標(biāo)的三維斜壓流場及紊流閉合模型。改寫交界面相鄰上、下σ層的分塊系數(shù)矩陣，并將改寫后的系數(shù)矩陣重新合并，統(tǒng)一求解上、下σ層的模型預(yù)報參量。 3．以垂向二維情況為例，分析得到了垂向曲線坐標(biāo)模式每一層單元密度Jacobian關(guān)系式的誤差增量以及垂向底層的斜壓梯度力截斷誤差。根據(jù)水平壓強(qiáng)梯度力與地

3、轉(zhuǎn)流速的關(guān)系，得到“偽”地轉(zhuǎn)流速誤差與水深、地形坡度、浮力場分布以及網(wǎng)格分辨率有關(guān)。 4．將兩種σ坐標(biāo)模式應(yīng)用于理想海山地形的水平斜壓梯度力誤差估算，結(jié)果表明雙σ坐標(biāo)模式較單σ坐標(biāo)模式提高了水平斜壓梯度力的計算精度。 5．采用兩種σ坐標(biāo)模式進(jìn)行理想河口環(huán)流和鹽水入侵?jǐn)?shù)值試驗、南黃海輻射沙脊群海域和呂泗小廟洪潮汐通道的流場模擬計算，認(rèn)為應(yīng)從水流特性以及所研究的實際問題出發(fā)，選擇合理的流場數(shù)值模式進(jìn)行流場模擬。對于解決河口、