一、浅水流动的模拟方法比较（论文文献综述）
焦伟轩[1]（2021）在《浅水区喷水推进泵装置启航阶段进水口水下吸入涡流动机理及控制研究》文中提出当前,喷水推进技术在现代两栖远征战车、大中型海军登陆舰艇以及民用游艇等舰船上广泛应用。这类喷水推进船往往需要在浅水航道或浅水区内航行,由于船舶所处水域水深浅,喷水推进泵装置进水口距离河床距离较近,此时若船舶处于启航状态,在喷水推进泵装置启动时进水口下方极易形成水下吸入涡。因此为拓宽喷水推进泵装置在浅水区水力稳定运行范围,保证喷水推进装置的安全可靠运行,对浅水区喷水推进泵装置启航状态下进水口水下吸入涡流动机理和防治措施研究显得十分必要。在此背景下,本文以模型实验为主要研究手段,设计建立了喷水推进泵装置进水口水力性能与推力测试系统,同时实现了对喷水推进泵装置进水口水下吸入涡的可视化和定量化研究以及对推力的直接测量,结合数值模拟,分别对吸入涡流动特性、瞬时推力脉动特性以及吸入涡防治措施等方面展开研究。获得主要研究成果如下:（1）采用数值模拟方法对进水口水下吸入涡影响因素进行研究,探明了几何参数和流动参数对吸入涡的影响规律,船底净空隙是影响进水口水下吸入涡形成的关键因素,进水口吸入流量的增大会促进吸入涡的发展。船底净空隙越小,进水口吸入流量越大,吸入涡越容易产生。（2）采用高速摄像技术对进水口水下吸入涡进行捕捉分析,揭示了吸入涡的典型形态特征,阐明了吸入涡形成的必要条件及其演化过程。在船底净空隙不变前提下,研究了不同水深吃水比和不同转速工况下吸入涡的形态和演化规律。实验结果表明:进水口水下吸入涡为进水口下方立轴漩涡,空间运动主要为展向运动,其形态不受水深吃水比和转速工况影响,外形类似龙卷风状,呈现出上粗下细的形态,基本沿涡中心轴对称;采用拓扑分析法对吸入涡形成规律和条件分析发现,河床底部存在逆压梯度、河床与进水口之间存在上升水流以及周围环境流体有旋是进水口水下吸入涡形成的三大条件;典型进水口水下吸入涡基本在固定位置发生、发展和湮灭,其演化过程可分为前兆、初生、发展、削弱以及消失五大阶段;基于数理统计方法对进水口水下吸入涡发生规律进行总结发现,随着水深吃水比的增大,吸入涡演化历时明显延长,而随着转速的增大,吸入涡演化历时缩短,但发生频率明显增大。（3）采用测力传感器对喷水推进泵装置瞬时推力进行直接测量,理论分析了喷水推进泵装置产生的推力具有周期性脉动特性,实验验证并获得了喷水推进泵装置周期性脉动的时频特性,探明了转速工况的改变对瞬时推力脉动特性的影响规律。实验结果表明:由于高速旋转叶轮与静止导叶之间存在强烈的动静干涉作用,导致导叶出口速度存在周期性脉动,因此喷水推进泵装置瞬时推力具有周期性脉动;经快速傅里叶变换结果表明瞬时推力脉动主频为3倍转频,次主频为1倍转频,低频脉动占主导地位,频率大于250Hz后,推力脉动幅值明显减弱,并趋近于零;经小波变换后结果发现,小波变换时频分布图可有效反应瞬时推力在时间和频率尺度下的全局信息,高能量区主要集中在150Hz以下的低频区,在（80～300）Hz频率区域内存在由转频等低频信号调制作用引发显着的明暗交替纹理现象;不同转速工况下瞬时推力脉动主频均为3倍转频,次主频均为1倍转频。（4）基于V3V三维流速场测试技术,分别对有无可见涡时段吸入涡发生区域三维流速场进行测量分析,重点分析了吸入涡发生时五个关键阶段涡量场随时间变化规律。实验结果表明:流线和涡量并不能单独作为漩涡是否存在的判据,基于V3V实验、流速场和涡量场综合对比分析可作为吸入涡发生与否的判别依据,并能有效获得吸入涡发生位置和相关流动特性等关键信息;通过对吸入涡不同演化阶段涡量变化分析发现,随着时间演化,吸入涡涡量先增大后减小,在发展阶段达到最大;吸入涡内圆周速度沿半径方向先增大后减小,属于强迫涡和自由涡组合而成的复合涡;分别采用Q准则、λ2准则以及λci准则对吸入涡结构进行识别,Q准则和λ2准则对吸入涡识别效果较好,但其对阈值依赖性强,而吸入涡漩涡能量较低,因此通过第二代涡识别方法会导致涡破碎现象发生,仅在河床处捕捉到垂直向上且连续的吸入涡涡管结构。（5）进水口水下吸入涡发生位置处压力脉动信号具有强烈的非线性特征,采用高频动态水压力传感器获得了进水口正下方河床处动态水压脉动数据,探明了吸入涡诱导的压力脉动信号的时频特性。实验结果表明:吸入涡的发生会诱导压力脉动幅值出现突降后恢复的现象,由进水口水下吸入涡诱发的特征低频频率为0.28Hz,此频率对应幅值远大于其他频率幅值,且此频率不随水深吃水比和转速工况改变而变化,说明吸入涡诱导的低频压力脉动占绝对主导地位。基于混沌时间序列分析理论揭示了吸入涡诱导的压力脉动信号的混沌特性,重构了压力脉动信号的非线性相空间,阐明了压力脉动信号的非线性特征。研究发现,无可见涡和有可见涡时段下测点的压力脉动信号均具有混沌特性,其相空间三维轨迹均呈现出奇异吸引子特征,其中吸入涡诱导的压力脉动信号的奇异吸引子结构更加复杂,压力脉动信号混沌特性更强。（6）基于数值模拟分别从控涡策略和防涡措施两方面提出进水口水下吸入涡防治策略。喷水推进船舶在浅水区域启航时,为了避免和减少吸入涡发生,应先低转速启动,再高速巡航。建议对狭水道、港口航道以及其它沿岸的浅水水域局部区域开挖梯形槽以增大喷水推进泵装置进水口与河床之间距离,喷水推进船舶在梯形槽区域进行启动,可以有效抑制吸入涡的产生。
方浩川[2]（2021）在《扬州市河网水动力及水质模型建立与应用》文中指出为改善城市水环境,扬州市政府发出“总河长令”要求,进一步推进河湖长治政策,大力开展河道整治工作,包括瘦西湖风景区的全面河道清淤,里下河区域大面积河道拓宽等各项河道整治工程陆续实施。本文以扬州市现状河网为背景,建立了扬州市一维、二维河网水动力数学模型及一维水质数学模型,并以现状河道过流情况探究改善城区河道过流能力的改善措施。一维河网水动力模型及水质模型,是以圣维南方程和一维水质方程为基础,两者在求解方法上都是构建各河段断面差分方程组,利用追赶法推导出河段各断面与其首末断面物理量关系,将断面求解问题转到节点求解问题上,再对模型整体构建节点代数方程组,采用迭代法对方程组进行求解。文中还对该模型程序进行了典型环状河网水动力计算,并与Sen论文计算结果进行了对比。二维河网水动力模型,是以二维浅水方程为基础,本文讲述了由N-S方程转变为二维浅水方程组的推导过程,在求解方面,采用了守恒性最好的控制体积法离散方程组,并采用Roe格式求得黎曼近似解。此外,还加入了干湿单元的网格性质,使模型能适用于求解间断水流和无水区域的水流计算问题,很大程度上增加了工程适用范围,保证在旱期也能进行有效的计算。在扬州市河网数值模拟中,考虑其河网地域分布及水流出入口条件不同,为方便模型构建及计算,对其进行了东西部区域分开模拟,并利用实测数据对模型进行参数率定。在水动力模型的选择上,通过对一维和二维水动力模型的计算结果对比,考虑工程效率和求解精度,选用了综合效果最优的一维水动力模型,并利用该模型对西片地区进行了不同区域水位及下游潮位下的泄洪模式计算,以及提出了增加城区河道过流能力的最优河道开挖方案,为提升扬州市河网抗洪能力及水质优化建设提供了理论帮助。
董建[3]（2021）在《和谐保正的非交错中心与静水重构格式研究》文中进行了进一步梳理本文主要介绍新的非交错中心格式（NUCS格式）、修正静水重构格式（MHR格式）、水面重构格式（SR格式）、和界面静水重构格式（IHR格式）求解浅水及其相关的双曲型偏微分方程组的初边值问题。NUCS格式与MHR,SR和IHR格式都属于有限体积法并且MHR,SR和IHR格式都属于迎风格式。非交错中心格式与迎风格式的核心区别在于:迎风格式需要近似的或是精确的黎曼求解器来定义数值通量函数,非交错的中心格式由于采用交错网格从而避免了使用黎曼求解器。数值格式求解浅水方程组需要满足和谐性,即保持稳态解,以及保持水深恒为非负（保正性）。浅水方程组的源项给设计满足和谐性的数值格式带来困难。由于物理意义与数值计算的要求,数值格式需要满足保正性,否则计算过程可能中断以及失去守恒性,同时使得数值格式产生比较大的误差进而失去物理意义。浅水波方程组满足一类熵条件,用来筛选出满足物理意义的熵解,因此要求数值格式满足离散的熵不等式。NUCS格式在离散浅水方程组时的一个困难在于交错单元上源项的离散。基于不变水位的源项离散,尽管使得数值格式满足深水的静水平衡,但是当计算区域包含干湿切换的时候,数值格式产生虚假振荡。非交错中心格式需要解决交错单元上源项的离散和单元交错的问题。我们基于静水重构方法离散交错单元上的源项,同时构造水位与其单元平均值之间的映射使得数值格式可以保持在干湿切换处的静水平衡。NUCS格式应用于求解Ripa方程组,可以采用类似于求解浅水方程组的方法,使得数值格式满足和谐性与保正性。两层的浅水方程组不具有严格的双曲性,以及非守恒乘积项出现在源项中,给设计稳健的数值格式带来困难。我们利用界面重构方法来定义非交错单元界面的水深值,使得格式可以处理非守恒乘积项。NUCS格式求解带有河宽变化的浅水方程组时,和谐性的困难在于源项的离散,我们重组源项进而采用静水重构方法来离散源项,使得数值格式满足和谐性。我们采用“排水时间步”方法来满足数值格式的保正性。非交错中心格式求解变河宽两层的浅水方程组可以采用类似于求解变河宽单层的浅水方程组的方法。我们采用分裂法求解Saint-Venant-Exner方程组,即采用NUCS格式离散水动力方程组,采用迎风格式离散地貌动力学方程。数值格式满足和谐性与保正性。MHR格式求解浅水方程组时,核心是通过重构底部来保持其单调性,可以看作是静水重构格式的修正。MHR格式满足和谐性与保正性,同时对于大的底部跳跃保持有效性。SR格式求解浅水方程组时,核心是重构自由面在单元界面的值,进而定义黎曼状态解。SR格式可以精确的保持静水稳态解,即使计算区域出现干湿界面。SR格式同样可以保持水深的非负性。IHR格式用于求解双层的浅水方程组,核心是重构底层流体深度的单元界面值使得数值格式可以较好的处理Kelvin-Helmholtz不稳定问题以及干湿切换处的和谐性问题。为了验证数值格式的和谐性、保正性以及稳健性,我们给出NUCS格式和MHR,SR,以及IHR格式求解浅水及其相关方程组的部分算例。
李小纲[4]（2020）在《流体力学中双曲守恒律方程的高精度差分方法研究》文中认为流体力学中,双曲守恒律方程是极其重要的一类偏微分方程,其解的重要特征是不论初始值和边界值如何光滑,随着时间推进,方程的解有可能会发生间断。因此,求解此类方程是一项非常困难的任务。近年来,双曲守恒律方程解的高精度数值方法得到了快速发展,其中,加权基本不振荡（Weighted Essentially Non-Oscillatory）方法是近二十年来发展的一种有效方法,其最大优点是精度高且容易实现,但传统WENO差分方法在光滑函数极值点附近会降阶,且对强间断问题的分辨率不足,针对这一问题,本文在WENO差分方法的基础上,通过对其局部光滑因子和全局光滑因子进行改进,并结合非线性WENO插值、高阶紧致差分格式,得到几类高精度、高分辨率、低耗散的WENO差分格式。最后,结合浅水方程源项和谐离散方法对溃坝流等水动力学问题进行了数值模拟。论文主要内容和成果有:1.改进的三阶精度WENO差分格式在传统WENO-Z格式基本框架下,将三阶WENO格式光滑因子进行泰勒展开,并引入参数p,构造一个新的、含参数的全局光滑因子,在满足三阶收敛精度的条件下,得到参数p的最佳取值,最终得到一个改进的三阶WENO差分格式（M-WENO3-1）;对三阶WENO差分格式计算模板重新选取,进行加权线性组合,构造新的全局光滑因子,引入可调节的线性权和大模板重构单元边界数值通量的表达式,得到另一个新的三阶WENO差分格式（M-WENO3-2）;最后分别证明了这两类格式的收敛性,数值实验验证了格式的精度、对间断问题的分辨率。2.改进的五阶精度WENO差分格式通过对五阶WENO格式计算模板重新选取,单元边界数值通量计算引入大模板上四次重构多项式和两个小模板上二次重构多项式的加权线性组合,构造新的高阶全局光滑因子,建立相应的非线性权,得到一个新的五阶WENO差分格式（M-WENO5）,并对其收敛性进行了证明,数值实验验证了其精度、对间断问题的分辨率。3.高阶紧致非线性WENO差分格式将2中建立的WENO差分格式的非线性权与WENO插值相结合,利用大模板上四次插值多项式和两个小模板上二次插值多项式可得网格单元半节点处的五阶函数值,然后利用一阶导数的四阶、六阶紧致差分格式求得网格点处的导数值,并结合与内点精度相匹配的边界条件,分别得到了四阶、五阶紧致非线性WENO差分格式,记为MC-WEN04和MC-WENO5,数值实验验证了格式的精度、对间断问题的分辨率。4.WENO差分格式与浅水方程源项和谐离散方法相结合对溃坝流等水力学问题数值模拟利用上述建立的各类高精度WENO差分格式对溃坝问题进行数值模拟。首先对齐次浅水方程的理想溃坝问题进行数值模拟,然后将本文格式与已有的源项和谐离散方法结合,对带有不同底坡源项的溃坝问题及其它扰动问题进行数值计算,结果表明,本文方法的模拟效果比较理想,对激波和扰动的捕捉能力很强。
刘志刚[5]（2020）在《受限水域集装箱船运动特性数值模拟及安全通航对策研究》文中研究说明本文选用由韩国海洋与海洋工程研究所（现为MOERI）开发的标准集装箱船型KCS,并做过详尽水池试验的系列船型船模做为计算对象,运用重叠网格技术,通过采用Star-CCM+的RANS求解器,对不同航速时船体下沉及纵倾进行了数值计算;对船舶在浅水中航行的船舶增阻和流场特性进行了数值研究,分析了浅水中船舶在不同航速下的阻力和流场变化规律,对船舶在弯曲航道中的漂移量进行了数值计算;对弯曲航道中流致漂移量与弯道曲率半径,船舶速度,船舶吃水深度,船舶偏航角之间的关系进行了计算。具体工作如下:（1）通过CFD方法对大型集装箱船在浅水中的船体下沉与纵倾进行数值仿真研究,通过数值结果与船模水池试验值的对比,证明了采用的数值方法的准确性和有效性。通过与经验公式对比,在水深吃水比h/d=1.2和h/d=1.5条件下,当航速小于12kn时,可用Hooft公式快速计算预报船舶的下沉量,确定安全富余水深,当航速大于12kn时,经验公式无法安全预报船体下沉量。在水深吃水比h/d=1.2和h/d=1.5条件下,当航速小于12kn时,可用Turner公式过高估计船舶下沉量,以保证充分安全的富余水深。（2）利用Star-CCM+的RANS求解器,并考虑自由液面和舵对船舶流场的影响,对船舶在浅水中航行的船舶增阻和流场特性进行了数值研究,分析了浅水中船舶在不同航速下的阻力和流场变化规律,探讨产生浅水效应的内在原因。得出结论为当Fh=0.735时,船舶受到浅水效应的影响,随着航速增加,处于跨临界区和超临界区时,船舶阻力大幅跃升,船舶阻力的增加主要源于兴波阻力的增加,通过降速可以有效减缓浅水增阻效应,提高航行安全性。（3）通过对弯道内的水流进行模拟,了解了弯道各个位置的水流特性。对集装箱船舶安全通航对策的提出提供了理论支持。并编写MATLAB程序绘制出曲率半径,船速,吃水大小,偏航角与流致漂移量的内在关联图。（4）对集装箱船舶在受限水域航行,总结了通航特性,提出了安全通航对策。
唐星辰[6]（2020）在《渤海新区海岸带陆源入海污染分布特性与海域水环境研究》文中认为随着海岸地区经济与社会的高度发展,人类活动愈加频繁,导致海洋污染问题愈发严重,水质恶化及水体富营养化程度更是有增无减,并引发了一系列的海洋污染事件,如蓝藻、赤潮等的爆发。据调查,陆域社会经济活动是海洋污染的重要根源。因此,从污染来源的角度研究海洋水环境问题,对海洋水质监测、治理及水资源优化具有重要的现实意义。本文以陆源入海污染物为研究对象,系统地研究了渤海新区海岸带陆源入海污染物总量、迁移扩散规律及对海域水环境的影响,主要工作及成果如下:（1）以渤海新区海岸带为研究区域,提出并建立了海岸带陆源入海污染物迁移计算模式,系统研究了陆源污染物的产生、迁移、入海及其在海域中迁移扩散的全过程。该模式集陆源污染物与海域水污染为一体进行研究,体现了陆海统筹的发展理念。（2）采用万元产值法和输出系数法,建立了陆源点源和非点源污染负荷估算模型,在社会、经济数据收集和污染情况实际调研的基础上,对渤海新区工业企业、居民生活、畜禽养殖、农田化肥与水产养殖等污染源进行负荷估算。基于地面径流模型,遵循污染物量的平衡,考虑污染残留及降解,计算了污染物随水流的迁移量及入海源强,为海域污染物研究提供数据支持。（3）针对水流数值研究中存在的复杂计算域、不规则地形、间断水流与静水“和谐”问题,基于Godunov格式建立了高精度的有限体积数学模型。对水动力模块中采用Roe格式的近似Riemann解算子法计算对流数值通量所致的静水虚假流动问题,采用特征分解法对底坡源项做出了修正。对污染物迁移模块,采用高阶精度的迎风重构方式处理对流数值通量,以避免数值耗散;并采用二阶精度处理扩散通量,使得模式具有时空二阶精度。利用一系列的经典算例验证了模型的精度与可靠性,模型具备处理各种复杂流态与物质输移过程的能力。（4）基于高精度有限体积数值解法,建立了渤海湾水动力数学模型,并对模型进行了验证,结果表明模型能够反映真实的水流运动情况与水动力特性;在此基础上建立了污染物迁移扩散数学模型,对污染物浓度等值线分布形态及测点污染物浓度进行了验证,误差在可接受范围之内,精度符合要求。然后模拟了不同风况条件下氮磷污染物的迁移扩散过程,分析了污染物的时空分布形态及扩散规律,为海域水环境的研究奠定基础。（5）基于岸段污染源强分布,结合近岸海域功能定位和污染迁移分布特性,提出了近岸海域水环境分区评估方法,将渤海新区近岸海域划分为20个分区控制单元。采用超标率法,建立了近岸海域水环境承载力评估标准,对每一分区单元的水环境承载等级进行划分,确定出污染超载严重的分区单元,为近岸海域水质监测与水环境治理提供科学依据。
袁帅[7]（2020）在《浅水域规则波中迎浪航行船舶的运动和水动力数值预报》文中研究表明近年来,船舶向大型化发展,使一些原本可以看作深水的水域变成了浅水域,船舶的水动力性能因之受到浅水效应的影响。大型船舶在浅水域航行时受到更大的水动力作用,发生明显的下蹲;而在浅水域波浪中航行的大型船舶,波浪作用会导致船舶产生垂向摇荡运动,增加了其航行时触底的风险。因此,预报船舶在浅水域波浪中航行时的运动和水动力特性对指导船舶安全航行具有十分重要的意义。本文基于CFD软件STAR-CCM+建立数值波浪水池,以大型油轮KVLCC2船模和集装箱船DTC船模为研究对象,采用基于求解非定常RANS方程的CFD黏性流方法对船舶在开阔深水域、开阔浅水域和浅窄航道规则波中迎浪航行时的黏性流场进行数值模拟,对船舶垂向运动和水动力进行数值预报。为了验证所采用的数值方法,对计算结果进行了收敛性分析,对数值离散不确定度进行了评估。对开阔深水域工况,首先采用黏性流模拟方法对在规则波中迎浪航行KVLCC2船模的运动和水动力进行了计算,与模型试验结果进行了对比验证,两者吻合良好;然后采用无黏模型计算船舶无黏绕流场,分析了流体黏性对船体运动和水动力的影响。结果表明,流体黏性对船舶运动影响很小,而对共振状态附近的波浪增阻有一定影响。对开阔浅水域工况,首先对不同波浪模型的适用性进行了研究,发现采用五阶Stokes波浪模型模拟的波浪比线性波浪模型更稳定;然后,数值模拟了不同水深下的波浪传播,发现流体黏性会导致波能沿程耗散,但整体影响可以忽略。不同水深下波浪传播的数值模拟结果表明,随着水深变浅、波长变大,波幅非线性变强;随后,对不同水深下KVLCC2船模以不同航速在规则波中迎浪航行时的黏性流场进行数值模拟,研究了水深和航速对船体运动和水动力性能的影响,并根据船舶动态富余水深,对船舶航行安全性进行了分析。结果表明,随着水深变浅,船舶垂向运动峰值变小且峰值频率降低;随着水深变浅,波浪增阻随波长或波浪圆频率的变化趋势有所改变,但不同水深下波浪增阻中压阻力增加的占比均远大于摩擦阻力增加的占比;随着水深变浅、波长变大,船舶在波浪中的动态富余水深明显减小,船舶触底风险很大,而通过减速航行能有效地降低长波中的船舶触底风险。对浅窄航道工况,计算了在有限宽度航道规则波中迎浪航行DTC船模的运动和水动力,并与国际基准研究模型试验结果进行了对比验证,两者吻合良好;然后,对船模在不同宽度浅窄航道规则波中迎浪航行时的黏性流场进行了数值模拟,分析了岸壁对船体运动和水动力性能的影响,发现船-岸相互作用对船舶在波浪中的平均姿态影响不可忽略,对波浪增阻影响十分明显。本文较好地预报了开阔深水域、开阔浅水域和浅窄航道规则波中迎浪航行船舶的运动姿态和水动力,捕捉到了不同情况下船舶周围黏性绕流场的特征,揭示了水深、航速及岸壁对船舶迎浪航行时的运动和水动力性能的影响。本文的研究结果可为浅水中波浪作用下的船舶安全航行提供一定的理论指导。
李晓瑜[8]（2019）在《基于SPH与Couette流模式沙波运动数学模型的研究》文中研究说明水下沙波运动是水流泥沙搬运和沉积规律理论研究的重要方面,是河床、海床冲刷,淤积床面演变的工程研究问题之一。随着社会经济的发展,内陆以及沿海地区的城市化建设使河流整治与海洋利用提到议事日程上来。河床或海床上的泥沙运动会对航运、取水工程、河道整治工程等带来或轻或重的相应影响,因此研究沙波运动问题具有非常重要的社会现实意义。本文分别对SPH基本原理、泥沙运动理论和泥沙数学模型进行了系统的科学论述。主要研究内容与成果如下:（1）详细介绍了无网格SPH法的基本原理和基本控制方程,并对采用SPH法构建数值模型进行了详细的分析。研究过程中,通过自由表面粒子搜索技术考虑了表面张力的影响;运用人工黏性技术解决了液滴与液面之间的初始冲击效应;同时引入了边壁虚粒子和镜像虚粒子处理边界条件,能够很好地解决粒子法的边界缺陷问题,并消除容器角落处实粒子的不稳定现象。采用SPH法对液滴冲击液面问题进行数值模拟研究,说明SPH法与其他方法相比具有明显优势。介绍了离散单元法的基本思想和基本方程,用SPH与DEM耦合模型模拟泥沙颗粒在空气和水中的泥沙堆积的二维、三维休止角问题,体现了泥沙的堆积特征。（2）从N-S方程出发,采用Oseen变换和脉动流速的特征,建立了剪切流中涡量函数、脉动流速和脉动压力函数的定解问题。首次提出采用围道积分求解的方法,得到了壁面附近垂向紊流的涡量、速度、压力解,分析了解中主要参数之间的关系,为涡流理论的研究和工程实际应用提供一种研究思路。将特殊函数理论中的Airy方程解推广到复函数范围,应用围道积分方法对Airy函数的复平面解进行了研究,求出了垂向线性梯度分布流的涡量函数、脉动流速和压力函数解析解。为理论研究提供了一种新思路。给出了三阶导数循环的-函数形式,简化了方程解的表达形式。在给定边界条件的基础上,定性研究了线性梯度分布流的涡量和压力函数的分布趋势,分析了质点运动轨迹的稳定性。给出了理论近似解的表达式,并在选择参数后与前人试验成果进行了比较,说明理论近似解能描述试验资料的变化趋势。为同类型工程问题提供了一种新的研究方法。（3）从特征线理论出发,基于激波间断解这一思想,详细地介绍了基于Roe格式的近似黎曼解,以此来计算单元界面处的数值通量。采用TVD-MUSCL格式和Hancock格式把计算模型的空间和时间精度提高到了二阶,建立了具有时空二阶精度二维非恒定流水动力学模型,从而提高了模型的空间精度和时间精度。采用干湿边界处理技术,满足了计算的稳定性且保证了计算时水量的守恒。通过对经典的算例的验证计算,表明了模型具有较高的计算精度和良好的稳定性。说明了模型具备了处理缓流、急流或者急缓流交替等各种复杂流态的能力,为模型水流计算模拟提供了基本条件。（4）用Couette流方式表示底层水流,用SPH方式表示泥沙床面,粒子间的作用力不仅考虑了核函数影响范围,而且应用了粒子接触力（DEM）的连接模式。明渠中的泥沙层面采用光滑粒子堆砌,粒子与明渠流之间通过Couette流动形成底层流,Couette流的剪切力作用于光滑粒子群边界处,使床面粒子进入运动状态或恢复为静止状态。明渠泥沙数学模型采用分层耦合法,即分为上、中、下三层,首先由上层模型计算出水流,然后在光滑粒子床面与Couette流上边缘边界计算Couette剪切应力,最后将剪切应力作为光滑粒子床面的边界条件,计算粒子床面变形,从而可以修正上层模型水深。并举例验证了该完整的循环过程建立模型的可行性,变化过程拟合的较好。（5）应用明渠水流泥沙数学模型模拟沙纹出现情况,说明该模型模拟沙浪出现的可行性。描述了沙波的运动形态;沙波运动速度基本符合经验公式,并且与前人试验结果基本吻合;分析建立了模拟沙波运动的数学模型。以工程沙波问题为例研究沙脊沙波移动规律,为海底管道路由设计和施工提供依据。计算含沙量与实测含沙量具有相同量级,沙脊沙波的计算变化量与实测变化量趋势相同,模型基本能反应原型的物理变化过程,可用于模拟原型沙脊沙波变化,预报沙脊沙波的移动规律。
谭康力[9]（2019）在《带桨舵的船舶操纵水动力数值研究》文中认为船舶的操纵性能与船舶航行的安全问题密不可分,因此对船舶的操纵性能进行准确地预报十分重要。通过船舶约束模操纵运动试验可以求取船舶的水动力导数,进而预报船舶的操纵性能。随着CFD（Computational Fluid Dynamics）技术的发展,部分传统的物理试验可以采用CFD方法来取代。目前,人们对于船舶约束模操纵运动试验的研究已经相对成熟,但多数情况下并没有考虑螺旋桨的影响,而事实上螺旋桨对船舶操纵水动力的影响并不可忽略。针对以上问题,本文基于CFD方法对KVLCC2的船-舵系统和船-桨-舵系统进行了约束模操纵运动试验的数值模拟,分析了螺旋桨对船舶约束模操纵运动水动力的影响,主要工作包括:首先,对KVLCC2和KP458螺旋桨分别进行了阻力和敞水性能的数值模拟,并和试验结果进行了对比;采用真实桨法（滑移网格法）和体积力法（H-O体积力法）对其自航性能进行了数值模拟,并对两种方法的计算结果进行了对比。然后,对无限水域下KVLCC2船-舵系统和船-桨-舵系统的约束模操纵运动试验进行了数值模拟,计算结果和试验结果吻合较好,计算结果表明螺旋桨只会影响船尾处船体和舵表面的压力分布以及船尾周围的流场分布,而对其他位置影响不大;对于不同的约束模操纵运动试验,螺旋桨对船舶操纵水动力的影响不同;对比了真实桨法和体积力法在研究船-桨-舵系统操纵水动力上的差异,总体上来说两种方法计算得到的船尾和舵的表面压力分布一致,流场细节仅在桨盘面范围内有所差异,其他区域差距不大。最后,对限制水域下KVLCC2船-舵系统和船-桨-舵系统的斜航试验和舵角试验进行了数值模拟,采用体积力法模拟螺旋桨的旋转运动。计算结果表明,相比于深水,浅水中船体周围的水流速度增大而舵周围的流速减小,因此船体上的水动力增大而舵效降低;螺旋桨的旋转运动会削弱浅水对舵效的影响,和无桨时相比,不同水深下的舵效差距减小了很多;相比于深水,浅水中螺旋桨对船舶操纵水动力性能的影响较小;岸壁对于舵效的影响较小,其主要影响的是船体操纵水动力性能;浅水会加剧岸壁作用的影响。
赵恺[10]（2019）在《浅水圆管射流特性数值研究》文中研究表明潜艇等水下航行体在操纵运动过程中对环境流体的扰动作用相当于将动量传递给环境流体,因此水下航行体对背景流体的力学效应可以等效于某种水下动量源。在海洋环境的作用下,这种水下动量源的作用有可能激发大尺度的漩涡结构,同时具备较高的概率可被海洋遥感卫星搭载的合成孔径雷达等高精度探测仪器所捕获追踪。与这种动量源相关的研究,对水下航行体非声物理场探测和感知具有重要的学术价值和潜在的军事意义。有鉴于此,本论文采用数值的方法,利用圆管潜射流模拟水下动量源,针对水下动量源大尺度相干涡结构的演化和水面表征问题进行了研究。针对层流射流的情况,本文通过直接数值模拟的方法对有限水深层流射流形成大尺度相干涡结构进行了研究。结果表明,由于上下边界的存在,射流结构出现坍塌效应和螺旋上升形态,主流动轴向速度分布不再关于中心轴对称,而仅在水平断面上保持轴对称,这与无界射流的情况相差较大。同时,z=0平面和自由表面流场具有较高的相关性,这表明大尺度涡的流动显示出很强的二维流动特性。进一步对上述两个平面的涡量场进行分析,发现流场的平均涡量与时间幂次成正比关系,并且在不同雷诺数工况下平均涡量在发展阶段和衰减阶段的演化规律是基本不变的。针对湍射流的情况,利用RANS方法对有限水深湍射流过程进行数值模拟,利用LES方法对射流停止后偶极子涡的演化过程进行了数值模拟,研究并分析了偶极子涡结构的演化规律及自由表面流场的动量和动能演化特征。结果表明这种流动结构主要由以下四种形态构成,分别为具有显着三维形态的深水特征、具有较强三维形态且伴随一定二维成分的过渡特征、三维形态较弱的准二维偶极子涡形态的浅水特征以及三维形态几乎消失的准二维偶极子涡极浅水特征。对四种不同特征,基于Q判据原理,研究了其各自水平断面和垂向断面的涡核随时间演化特性。对z=0平面和自由表面的动能和动量进行了积分计算,得到不同条件下动能和动量随时间变化的规律,结合涡核的演化对动能和动量的变化趋势给出了解释。研究表明,射流结束后,不同条件下z=0平面和自由表面动能演化的衰减速度随水深约束参数的增大而减小,而自由面的动量在整体上是衰减的,但会出现幅值“跳跃”变化的情况,这与射流演化在垂向卷曲诱导的x负方向流动有关。
二、浅水流动的模拟方法比较（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、浅水流动的模拟方法比较（论文提纲范文）
（1）浅水区喷水推进泵装置启航阶段进水口水下吸入涡流动机理及控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 主要符号说明 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状及分析 |
| 1.2.1 喷水推进技术发展现状 |
| 1.2.2 喷水推进泵装置及其系统研究 |
| 1.2.3 浅水区船舶航行特性研究 |
| 1.2.4 进口吸入涡发生机理及消涡研究 |
| 1.3 研究内容 |
| 1.4 技术路线 |
| 第2章 喷水推进的基础理论、数值模拟与实验验证 |
| 2.1 喷水推进基本理论 |
| 2.1.1 理想喷水推进器和实际喷水推进器 |
| 2.1.2 喷水推进系统平衡方程 |
| 2.2 数值模拟方法 |
| 2.2.1 控制方程 |
| 2.2.2 离散方法 |
| 2.2.3 数值模拟方法 |
| 2.2.4 湍流模型 |
| 2.2.5 网格剖分方法 |
| 2.3 参数引入 |
| 2.3.1 喷水推进系统特征参数 |
| 2.3.2 喷水推进系统几何参数 |
| 2.3.3 喷水推进泵工作参数 |
| 2.4 带船体的喷水推进装置数值计算方法 |
| 2.4.1 喷水推进泵装置计算模型及区域 |
| 2.4.2 网格剖分 |
| 2.4.3 湍流模型 |
| 2.4.4 边界条件 |
| 2.5 实验验证 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 进水口水下吸入涡影响因素 |
| 3.1 计算参数 |
| 3.2 进水口水下吸入涡影响因素 |
| 3.2.1 船底净空隙 |
| 3.2.2 进水口吸入流量 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 进水口水下吸入涡可视化实验及推力测试 |
| 4.1 喷水推进泵装置进水口水力性能与推力测试系统 |
| 4.1.1 测试系统设计及组成 |
| 4.1.2 核心测试系统组成 |
| 4.1.3 测试系统受力分析 |
| 4.1.4 测试方法与工况调节 |
| 4.2 进水口水下吸入涡可视化实验 |
| 4.2.1 拍摄仪器 |
| 4.2.2 可视化实验方法 |
| 4.2.3 可视化实验工况设计 |
| 4.3 进水口水下吸入涡流动及演化规律 |
| 4.3.1 进水口水下吸入涡形态及演化过程影响因素 |
| 4.3.2 进水口水下吸入涡形成条件 |
| 4.3.3 进水口水下吸入涡典型形态 |
| 4.3.4 进水口水下吸入涡演化过程 |
| 4.3.5 进水口水下吸入涡数理统计 |
| 4.4 瞬时推力测试实验 |
| 4.4.1 采集仪器 |
| 4.4.2 测点布置及推力采集方法 |
| 4.4.3 不同转速工况下平均推力变化 |
| 4.4.4 瞬时推力测试实验误差 |
| 4.5 喷水推进泵装置瞬时推力脉动特性 |
| 4.5.1 喷水推进泵装置推力脉动成因 |
| 4.5.2 喷水推进泵装置推力脉动时域特性 |
| 4.5.3 喷水推进泵装置推力脉动频域特性 |
| 4.5.4 喷水推进泵装置推力脉动特性影响因素 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 进水口水下吸入涡三维流场特征 |
| 5.1 进水口水下吸入涡三维流场测量实验装置 |
| 5.1.1 V3V测试系统 |
| 5.1.2 V3V测试原理 |
| 5.1.3 V3V实验测量布置 |
| 5.1.4 V3V测试方法 |
| 5.2 进水口水下吸入涡发生区域三维流场标定与测量 |
| 5.2.1 系统标定 |
| 5.2.2 流场测量 |
| 5.3 进水口水下吸入涡动力学特性 |
| 5.3.1 吸入涡发生区域流动特性 |
| 5.3.2 吸入涡涡核内速度分布 |
| 5.3.3 吸入涡结构识别 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 进水口水下吸入涡诱导压力脉动特性 |
| 6.1 压力脉动实验 |
| 6.1.1 采集仪器 |
| 6.1.2 压力脉动测点布置及采集方法 |
| 6.1.3 压力脉动数据采集 |
| 6.2 无可见涡时段河床底板处压力脉动特性 |
| 6.3 有可见涡时段河床底板处压力脉动特性 |
| 6.3.1 进水口水下吸入涡诱导压力脉动时域特性 |
| 6.3.2 进水口水下吸入涡诱导压力脉动频域特性 |
| 6.4 进水口水下吸入涡诱导压力脉动特性影响因素 |
| 6.4.1 水深吃水比 |
| 6.4.2 转速 |
| 6.5 进水口水下吸入涡诱导压力脉动混沌动力学特性 |
| 6.5.1 相空间重构 |
| 6.5.2 Lyapunov指数 |
| 6.5.3 饱和关联维数 |
| 6.6 本章小结 |
| 第7章 进水口水下吸入涡控制策略和消涡措施 |
| 7.1 进水口水下吸入涡控制策略 |
| 7.1.1 进水口水下速度场特性 |
| 7.1.2 进水口水下压力场特性 |
| 7.1.3 进水口水下涡量场特性 |
| 7.2 进水口水下吸入涡消涡措施 |
| 7.2.1 消涡方案及几何尺寸 |
| 7.2.2 消涡效果分析 |
| 7.3 本章小结 |
| 第8章 总结与展望 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 创新点 |
| 8.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的相关科研成果 |
| 致谢 |
（2）扬州市河网水动力及水质模型建立与应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及研究意义 |
| 1.2 研究概况 |
| 1.3 国内外研究概况 |
| 1.3.1 一维水动力学研究历程 |
| 1.3.2 二维水动力学研究历程 |
| 1.3.3 水质模型研究进展 |
| 第2章 一维水动力-水质模型建立 |
| 2.1 一维水动力模型 |
| 2.1.1 基本方程 |
| 2.1.2 方程离散 |
| 2.1.3 差分方程的求解 |
| 2.1.4 节点条件处理 |
| 2.1.5 节点方程计算 |
| 2.2 一维水质模型 |
| 2.2.1 基本方程 |
| 2.2.2 方程离散 |
| 2.2.3 差分方程求解 |
| 2.2.4 节点方程求解 |
| 2.3 一维河网数模过程 |
| 2.4 一维河网算例验证 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 二维水动力模型建立 |
| 3.1 二维浅水方程的建立 |
| 3.2 方程离散 |
| 3.3 数值通量计算 |
| 3.3.1 通量计算方法 |
| 3.3.2 Roe格式通量求解 |
| 3.4 源项处理 |
| 3.5 边界条件处理 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 扬州市河网模型建立 |
| 4.1 扬州市河网概化 |
| 4.2 地形条件绘制 |
| 4.3 河道断面概化及误差分析 |
| 4.4 时间和空间步长 |
| 4.5 西区水动力数学模型验证 |
| 4.5.1 边界条件及初始条件 |
| 4.5.2 模型率定结果 |
| 4.6 西区水质数学模型验证 |
| 4.6.1 边界条件及初始条件 |
| 4.6.2 模型率定结果 |
| 4.7 东区水动力数学模型验证 |
| 4.7.1 边界条件及初始条件 |
| 4.7.2 模型率定结果 |
| 4.8 东区水质数学模型验证 |
| 4.8.1 边界条件及初始条件 |
| 4.8.2 模型率定结果 |
| 4.9 本章小结 |
| 第5章 西区现状河道泄洪计算与河道优化 |
| 5.1 区域泄洪方案设计 |
| 5.2 区域泄洪方案计算 |
| 5.2.1 不同区域水位条件下的区域泄洪 |
| 5.2.2 不同下游潮位条件下的区域泄洪 |
| 5.3 河道优化设计 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
（3）和谐保正的非交错中心与静水重构格式研究（论文提纲范文）
| 论文创新点 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 背景及意义 |
| 1.2 控制方程 |
| 1.2.1 浅水方程组 |
| 1.2.2 Ripa方程组 |
| 1.2.3 变河宽的浅水方程组 |
| 1.2.4 Saint-Venant-Exner方程组 |
| 1.3 研究进展 |
| 1.4 本文主要工作 |
| 2 非交错中心格式—NUCS格式 |
| 2.1 Saint-Venant方程组的求解 |
| 2.1.1 NUCS格式 |
| 2.1.2 底部源项的离散 |
| 2.1.3 保正性与和谐性 |
| 2.2 Ripa方程组的求解 |
| 2.2.1 一维Ripa方程组的求解 |
| 2.2.2 二维Ripa方程组的求解 |
| 2.2.3 数值验证 |
| 2.3 两层Saint-Venant方程组的求解 |
| 2.3.1 一维两层Saint-Venant方程组的求解 |
| 2.3.2 二维两层Saint-Venant方程组的求解 |
| 3 NUCS格式求解变河宽Saint-Venant方程组 |
| 3.1 单层变河宽Saint-Venant方程组的求解 |
| 3.1.1 向前投影步 |
| 3.1.2 预测步 |
| 3.1.3 向后投影步 |
| 3.1.4 非负性与和谐性 |
| 3.2 单层变河宽Saint-Venant方程组的数值验证 |
| 3.2.1 静水及其振荡 |
| 3.2.2 带有水跃的瞬态流 |
| 3.2.3 非平底部的排水问题 |
| 3.3 两层变河宽Saint-Venant方程组的求解 |
| 3.3.1 预测步 |
| 3.3.2 向前投影步 |
| 3.3.3 向后投影步 |
| 3.3.4 保正性与和谐性 |
| 3.4 两层变河宽Saint-Venant方程组的数值验证 |
| 3.4.1 数值精度 |
| 3.4.2 稳态解的小扰动 |
| 3.4.3 界面捕捉 |
| 4 NUCS格式求解Saint-Venant-Exner方程组 |
| 4.1 求解水动力模型的非交错中心格式 |
| 4.1.1 向前投影步 |
| 4.1.2 预测步 |
| 4.1.3 向后投影步 |
| 4.2 局部Lax-Friedrichs方法 |
| 4.2.1 数值粘性和非线性分析 |
| 4.2.2 保正性与和谐性 |
| 4.3 数值验证 |
| 4.3.1 验证数值精度 |
| 4.3.2 静水问题 |
| 4.3.3 水—沉积物的相互作用 |
| 4.3.4 粒状河床上的溃坝问题 |
| 5 迎风格式——静水重构格式 |
| 5.1 MHR型静水重构格式 |
| 5.1.1 一维Saint-Venant方程组的求解 |
| 5.1.2 二维Saint-Venant方程组的求解 |
| 5.2 SR型的静水重构格式 |
| 5.2.1 一维Saint-Venant方程组的求解 |
| 5.2.2 二维Saint-Venant方程组的求解 |
| 5.3 一维浅水方程组的数值验证 |
| 5.3.1 数值精度的验证 |
| 5.3.2 静水 |
| 5.3.3 带有间断底部的黎曼问题 |
| 5.4 二维浅水方程组的数值验证 |
| 5.4.1 静水及其扰动 |
| 5.4.2 孤立波在圆锥形岛上的运动 |
| 5.4.3 溃坝穿过理想城市 |
| 5.5 IHR型的静水重构格式 |
| 5.5.1 在干—湿界面的修正 |
| 5.5.2 数值通量和源项的离散 |
| 5.5.3 保正性与和谐性 |
| 5.5.4 数值验证 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻博期间发表的科研成果目录 |
| 致谢 |
（4）流体力学中双曲守恒律方程的高精度差分方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究动态 |
| 1.2.1 流体力学数值计算方法的发展 |
| 1.2.2 高精度、高分辨率计算格式的研究现状 |
| 1.2.3 浅水方程组高精度格式研究现状 |
| 1.3 本文研究内容与技术路线 |
| 1.3.1 本文主要工作 |
| 1.3.2 技术路线 |
| 2 双曲守恒律方程及WENO差分格式 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 双曲守恒律方程基础理论 |
| 2.2.1 双曲守恒律方程的基本概念 |
| 2.2.2 双曲守恒律方程的数学模型 |
| 2.2.3 守恒型差分格式 |
| 2.3 三阶WENO差分格式 |
| 2.3.1 差分格式的建立 |
| 2.3.2 光滑因子 |
| 2.3.3 收敛性分析 |
| 2.3.4 其它三阶WENO差分格式 |
| 2.4 五阶WENO差分格式 |
| 2.4.1 差分格式的建立 |
| 2.4.2 光滑因子 |
| 2.4.3 收敛性分析 |
| 2.4.4 其它五阶WENO格式 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 改进的三阶WENO差分格式 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 改进的三阶WENO差分格式一 |
| 3.2.1 差分格式的建立 |
| 3.2.2 收敛性分析 |
| 3.2.3 数值实验 |
| 3.2.3.1 一维对流方程 |
| 3.2.3.2 一维无粘Burgers方程 |
| 3.2.3.3 一维欧拉方程组 |
| 3.2.3.4 二维欧拉方程组 |
| 3.3 改进的三阶WENO差分格式二 |
| 3.3.1 差分格式的建立 |
| 3.3.2 收敛性分析 |
| 3.3.3 数值实验 |
| 3.3.3.1 一维线性对流方程 |
| 3.3.3.2 一维无粘Burgers方程 |
| 3.3.3.3 一维欧拉方程组 |
| 3.3.3.4 二维欧拉方程组 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 改进的五阶WENO差分格式 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 差分格式的建立 |
| 4.3 收敛性分析 |
| 4.4 数值试验 |
| 4.4.1 一维线性对流方程 |
| 4.4.2 一维无粘Burgers方程 |
| 4.4.3 一维欧拉方程组 |
| 4.4.4 二维欧拉方程组 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 加权紧致非线性差分格式 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 加权紧致非线性差分格式的简介 |
| 5.2.1 紧致差分格式 |
| 5.2.2 加权插值方法 |
| 5.3 改进的加权紧致非线性差分格式 |
| 5.4 数值实验 |
| 5.4.1 一维线性对流方程 |
| 5.4.2 一维无粘Burgers方程 |
| 5.4.3 一维欧拉方程组 |
| 5.4.4 二维欧拉方程组 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 高精度WENO差分格式在浅水计算中的应用 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 基于齐次浅水方程组的理想溃坝数值模拟 |
| 6.2.1 一维溃坝问题 |
| 6.2.2 二维溃坝问题 |
| 6.3 带几何源项浅水方程组的溃坝模拟 |
| 6.3.1 底坡源项的和谐离散方法 |
| 6.3.2 光滑凸起河床上的溃坝模拟 |
| 6.3.3 阶梯形河床上的溃坝模拟 |
| 6.3.4 矩形凸起河床上的溃坝模拟 |
| 6.4 其它计算水动力学问题的数值模拟 |
| 6.4.1 混合流问题模拟 |
| 6.4.2 光滑凸起河床上小扰动波传播模拟 |
| 6.4.3 二维凸起河床上小扰动波传播模拟 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 总结与结论 |
| 7.2 论文创新点 |
| 7.3 后续研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间主要研究成果 |
（5）受限水域集装箱船运动特性数值模拟及安全通航对策研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本文的主要工作 |
| 第二章 数值模拟的基本理论和方法 |
| 2.1 CFD简述 |
| 2.2 控制方程和湍流模型 |
| 2.2.1 流动的控制方程 |
| 2.2.2 湍流数值模拟方法 |
| 2.2.3 湍流模型 |
| 2.3 边界条件 |
| 2.4 基本数值方法 |
| 2.5 自由液面的模拟方法 |
| 2.6 重叠网格方法 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 集装箱船在浅水中下沉纵倾数值研究 |
| 3.1 船型尺度及计算工况 |
| 3.2 数值计算方法 |
| 3.3 计算域及边界条件 |
| 3.4 计算网格和计算域边界条件 |
| 3.5 计算结果及分析 |
| 3.5.1 计算结果验证 |
| 3.5.2 计算结果与经验公式对比 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 集装箱船浅水增阻数值研究 |
| 4.1 计算模型的建立 |
| 4.1.1 计算对象 |
| 4.1.2 计算域的建立及计算参数设置 |
| 4.1.3 计算网格划分 |
| 4.2 计算结果分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 集装箱船过弯漂移量 |
| 5.1 弯曲河道水流特性模拟 |
| 5.1.1 计算模型 |
| 5.1.2 弯道网格划分 |
| 5.1.3 模型基本控制方程 |
| 5.1.4 水流模拟结果分析 |
| 5.2 弯曲航道流致漂移量 |
| 5.2.1 流致漂移量的确定方法 |
| 5.2.2 基于MATLAB的流致漂移量的计算及图像分析 |
| 5.3 弯道水流特性对船舶通航的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 受限水域集装箱船安全通航对策 |
| 6.1 受限浅水域集装箱船运动特性及安全通航对策 |
| 6.1.1 受限浅水域集装箱船运动特性 |
| 6.1.2 浅水域集装箱船安全通航对策 |
| 6.2 弯曲航道中的集装箱船安全通航对策 |
| 6.3 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文及研究成果 |
（6）渤海新区海岸带陆源入海污染分布特性与海域水环境研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 研究现状及进展 |
| 1.2.1 陆源污染物负荷估算的研究 |
| 1.2.2 水动力数学模型的研究 |
| 1.2.3 污染物迁移数学模型的研究 |
| 1.2.4 海域环境分区的研究 |
| 1.3 渤海新区海岸带概况 |
| 1.3.1 自然环境特征 |
| 1.3.2 社会经济状况 |
| 1.3.3 陆源排污与海水水质状况 |
| 1.4 研究内容与技术路线 |
| 1.4.1 研究内容 |
| 1.4.2 技术路线 |
| 第2章 海岸带陆源入海污染物迁移计算模式的建立 |
| 2.1 计算框架 |
| 2.2 地面径流模型 |
| 2.2.1 河网水动力数学模型 |
| 2.2.2 网格及汇水区的划分 |
| 2.3 污染物负荷估算模型 |
| 2.3.1 点源污染负荷 |
| 2.3.2 非点源污染负荷 |
| 2.3.3 各类别污染源强汇总与分析 |
| 2.3.4 污染物源强分布计算 |
| 2.4 海域水动力与污染物迁移数学模型 |
| 2.4.1 控制方程 |
| 2.4.2 计算网格的剖分 |
| 2.4.3 数值计算方法的选择 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 高精度有限体积数学模型的研究 |
| 3.1 二维浅水流动数学模型 |
| 3.1.1 Godunov型有限体积法 |
| 3.1.2 数值通量计算 |
| 3.1.3 空间数值重构与限制器函数 |
| 3.1.4 时间二阶积分 |
| 3.1.5 底坡项与摩阻项的处理 |
| 3.1.6 边界条件 |
| 3.1.7 干湿边界处理技术 |
| 3.2 污染物迁移扩散数学模型 |
| 3.2.1 方程的离散 |
| 3.2.2 高精度的对流项离散 |
| 3.2.3 二阶精度的扩散项离散 |
| 3.3 经典算例验证 |
| 3.3.1 L形弯道二维溃坝水流问题 |
| 3.3.2 混合流算例 |
| 3.3.3 非平底溃坝水流问题 |
| 3.3.4 均匀浓度的非平底溃坝水流-输运问题 |
| 3.3.5 非均匀浓度的非平底溃坝水流-输运问题 |
| 3.3.6 物质纯对流问题 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 渤海新区海域水动力数学模型的建立 |
| 4.1 模型的建立 |
| 4.1.1 计算域与网格的剖分 |
| 4.1.2 模型参数设定 |
| 4.1.3 模型计算条件 |
| 4.2 模型的率定 |
| 4.3 模型的验证 |
| 4.4 模拟结果分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 渤海新区海域污染物迁移扩散及分布特性分析 |
| 5.1 污染物迁移扩散数学模型的建立 |
| 5.1.1 降解系数的确定 |
| 5.1.2 模型计算条件 |
| 5.1.3 污染物源强概述 |
| 5.2 模型的验证 |
| 5.3 污染物迁移扩散数值模拟 |
| 5.3.1 风况设定 |
| 5.3.2 污染物时空分布分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 基于污染分布特性的渤海新区海域水环境承载力分析 |
| 6.1 分区单元的划定 |
| 6.2 各分区单元污染物浓度汇总 |
| 6.3 水环境承载力评估 |
| 6.3.1 评估方法与标准 |
| 6.3.2 评估结果分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 致谢 |
（7）浅水域规则波中迎浪航行船舶的运动和水动力数值预报（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 第二章 波浪中船舶三维黏性流场计算基本理论和数值方法 |
| 2.1 数学模型 |
| 2.1.1 控制方程 |
| 2.1.2 湍流模型 |
| 2.1.3 近壁面流动模型 |
| 2.1.4 波浪模型 |
| 2.2 数值方法 |
| 2.2.1 有限体积法 |
| 2.2.2 运动模拟与动网格 |
| 2.2.3 数值造波与消波方法 |
| 2.2.4 多相流模型 |
| 2.2.5 数值算法 |
| 2.3 数据处理 |
| 2.4 数值不确定度 |
| 2.4.1 收敛性分析 |
| 2.4.2 验证方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 开阔深水域船舶黏性流场的数值模拟 |
| 3.1 研究对象与计算工况 |
| 3.2 数值模拟 |
| 3.2.1 数值方法 |
| 3.2.2 计算域与边界条件 |
| 3.2.3 网格生成 |
| 3.3 数值方法验证 |
| 3.4 计算结果与分析 |
| 3.4.1 船体水动力和运动响应 |
| 3.4.2 波浪增阻 |
| 3.4.3 流体黏性影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 开阔浅水域船舶黏性流场的数值模拟 |
| 4.1 研究对象与计算工况 |
| 4.2 数值模拟 |
| 4.2.1 数值方法 |
| 4.2.2 计算域与边界条件 |
| 4.2.3 网格生成 |
| 4.3 波浪模型对比 |
| 4.4 数值方法验证 |
| 4.5 计算结果与分析 |
| 4.5.1 不同水深下的波浪传播 |
| 4.5.2 静水中不同水深下的船舶直航 |
| 4.5.3 不同水深下的船舶迎浪航行 |
| 4.5.4 不同航速下的船舶迎浪航行 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 浅窄航道船舶黏性流场的数值模拟 |
| 5.1 研究对象与计算工况 |
| 5.2 数值模拟 |
| 5.2.1 数值方法 |
| 5.2.2 计算域与边界条件 |
| 5.2.3 网格生成 |
| 5.3 数值方法验证 |
| 5.4 计算结果与分析 |
| 5.4.1 基准工况 |
| 5.4.2 岸壁的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间参加的科研项目 |
| 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文 |
（8）基于SPH与Couette流模式沙波运动数学模型的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 SPH方法研究现状 |
| 1.2.2 泥沙运动理论研究现状 |
| 1.2.3 泥沙数学模型研究现状 |
| 1.3 研究内容及技术路线 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 技术路线 |
| 1.3.3 主要创新点 |
| 第2章 SPH的基本方法 |
| 2.1 研究概况 |
| 2.2 数值技术 |
| 2.2.1 SPH基本原理 |
| 2.2.2 SPH法的流体控制方程 |
| 2.2.3 自由表面粒子搜索技术及表面张力计算 |
| 2.2.4 人工黏性 |
| 2.2.5 边界处理 |
| 2.2.6 人工压缩率 |
| 2.2.7 粒子对拟序搜索 |
| 2.2.8 时间积分与时间步长的确定 |
| 2.3 SPH计算模拟 |
| 2.3.1 计算模型和计算参数 |
| 2.3.2 数值计算结果及分析 |
| 2.4 粒子间作用力模拟 |
| 2.4.1 离散单元法简介 |
| 2.4.2 DEM基本方程 |
| 2.4.3 微团近似和尺度放大 |
| 2.5 SPH-DEM模型模拟休止角 |
| 2.5.1 二维模型休止角模拟 |
| 2.5.2 三维模型休止角模拟 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 剪切流紊动的理论推导 |
| 3.1 研究概况 |
| 3.2 线性梯度分布流的涡流方程 |
| 3.3 涡量函数方程求解 |
| 3.4 复数变量Airy方程的解 |
| 3.4.1 围道积分 |
| 3.4.2 复数变量Airy方程的解 |
| 3.5 脉动流场速度解 |
| 3.5.1 脉动流速分量方程 |
| 3.5.2 纵向脉动流速分量的齐次解和特解 |
| 3.5.3 纵向脉动流速分量的奇点围道积分 |
| 3.5.4 垂向脉动流速分量的通解和特解 |
| 3.5.5 垂向脉动流速分量的奇点围道积分 |
| 3.6 剪切流中的压力场函数 |
| 3.7 定解问题一种边界条件的确定 |
| 3.7.1 涡量解 |
| 3.7.2 脉动速度解 |
| 3.7.3 脉动压力解 |
| 3.8 运动形态分析 |
| 3.8.1 涡量强度分析 |
| 3.8.2 紊流运动的形态 |
| 3.8.3 脉动压强函数分布 |
| 3.9 理论近似式与试验资料的比较 |
| 3.9.1 流速资料的比较 |
| 3.9.2 紊动剪切力的比较 |
| 3.10 本章小结 |
| 第4章 基于MUSCL重构模式的明渠水流模型 |
| 4.1 黎曼问题 |
| 4.2 控制方程 |
| 4.3 方程离散 |
| 4.3.1 有限体积通量 |
| 4.3.2 Roe格式 |
| 4.3.3 空间二阶精度数值重构 |
| 4.3.4 时间离散 |
| 4.4 源项处理 |
| 4.4.1 底坡源项的离散处理 |
| 4.4.2 摩阻源项的处理 |
| 4.5 边界条件 |
| 4.5.1 急流开边界 |
| 4.5.2 缓流开边界 |
| 4.5.3 固壁边界 |
| 4.6 干湿边界处理技术 |
| 4.7 经典算例验证 |
| 4.8 本章小结 |
| 第5章 SPH与 Couette流模式的明渠泥沙数学模型 |
| 5.1 用Couette流方式表示的底层水流 |
| 5.2 用SPH方式表示的泥沙床面 |
| 5.3 明渠泥沙数学模型 |
| 5.3.1 计算模式 |
| 5.3.2 平均流速位置的确定 |
| 5.4 模型初步验证 |
| 5.4.1 明渠水平流动验证 |
| 5.4.2 明渠堤堰泄流验证 |
| 5.5 明渠水流泥沙运动过程模拟 |
| 5.5.1 沙纹模拟 |
| 5.5.2 明渠水流泥沙模型模拟结果 |
| 5.5.3 沙波模拟成果分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 颗粒流床面的沙波过程模拟 |
| 6.1 工程中沙波模拟理论 |
| 6.1.1 水动力模拟控制方程 |
| 6.1.2 泥沙模拟控制方程 |
| 6.1.3 泥沙沙波运动模式 |
| 6.2 工程中的沙波问题 |
| 6.2.1 工程区域环境 |
| 6.2.2 工程区域潮汐 |
| 6.2.3 工程区域波浪 |
| 6.3 沙脊沙波移动数学模型的建立 |
| 6.3.1 模型范围 |
| 6.3.2 水文泥沙资料 |
| 6.3.3 模型验证 |
| 6.4 沙脊沙波移动规律预报 |
| 6.4.1 一年期预报 |
| 6.4.2 二年期预报 |
| 6.4.3 五年期预报 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和科研情况 |
| 致谢 |
（9）带桨舵的船舶操纵水动力数值研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 CFD方法研究船-桨-舵相互作用问题的进展 |
| 1.2.1 体积力法 |
| 1.2.2 螺旋桨直接建模法 |
| 1.3 CFD方法研究船舶操纵水动力问题的进展 |
| 1.3.1 约束模操纵运动试验的数值模拟研究 |
| 1.3.2 自航模操纵运动试验的数值模拟研究 |
| 1.4 本文主要工作 |
| 第2章 数值计算理论基础 |
| 2.1 基本物理模型 |
| 2.1.1 基本控制方程 |
| 2.1.2 RANS方程 |
| 2.1.3 湍流模型 |
| 2.1.4 近壁面处理与壁面函数 |
| 2.1.5 自由面处理 |
| 2.2 数值方法 |
| 2.3 边界条件 |
| 2.4 网格技术 |
| 2.5 螺旋桨旋转运动模拟方法 |
| 2.5.1 MRF法 |
| 2.5.2 滑移网格法 |
| 2.5.3 体积力法 |
| 2.6 本章小节 |
| 第3章 KVLCC2 船舶直航水动力数值模拟 |
| 3.1 KVLCC2 船-舵系统阻力性能数值模拟 |
| 3.1.1 计算对象和计算工况 |
| 3.1.2 计算域和边界条件 |
| 3.1.3 网格划分 |
| 3.1.4 不同湍流模型船-舵系统阻力的计算结果和分析 |
| 3.1.5 不同航速下船-舵系统阻力的计算结果和分析 |
| 3.2 KP458 螺旋桨敞水性能数值模拟 |
| 3.2.1 计算对象和计算工况 |
| 3.2.2 计算域和边界条件 |
| 3.2.3 网格划分 |
| 3.2.4 计算结果和分析 |
| 3.3 KVLCC2 船-桨-舵系统自航性能数值模拟 |
| 3.3.1 计算对象和计算工况 |
| 3.3.2 计算域和边界条件 |
| 3.3.3 网格划分 |
| 3.3.4 计算结果和分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 无限水域KVLCC2 船舶操纵水动力数值计算 |
| 4.1 舵角试验数值模拟 |
| 4.1.1 计算对象和计算工况 |
| 4.1.2 计算域和边界条件 |
| 4.1.3 网格划分 |
| 4.1.4 计算结果和分析 |
| 4.1.5 船-舵系统和船-桨-舵系统水动力干扰系数 |
| 4.1.6 压力分布 |
| 4.1.7 流场分布 |
| 4.2 斜航试验数值模拟 |
| 4.2.1 计算对象和计算工况 |
| 4.2.2 计算域和边界条件 |
| 4.2.3 网格划分 |
| 4.2.4 计算结果和分析 |
| 4.2.5 压力分布 |
| 4.2.6 流场分布 |
| 4.3 圆周运动试验数值模拟 |
| 4.3.1 计算对象和计算工况 |
| 4.3.2 计算域和边界条件 |
| 4.3.3 网格划分 |
| 4.3.4 模拟方式的选择 |
| 4.3.5 计算结果和分析 |
| 4.3.6 压力分布 |
| 4.3.7 流场分布 |
| 4.4 平面运动机构试验数值模拟 |
| 4.4.1 操纵运动模型 |
| 4.4.2 计算对象和计算工况 |
| 4.4.3 计算域及边界条件 |
| 4.4.4 网格划分 |
| 4.4.5 计算结果和分析 |
| 4.4.6 压力分布 |
| 4.4.7 流场分布 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 限制水域KVLCC2 船舶操纵水动力数值计算 |
| 5.1 数值方法验证 |
| 5.1.1 计算对象和计算工况 |
| 5.1.2 计算域和边界条件 |
| 5.1.3 网格划分 |
| 5.1.4 计算结果和分析 |
| 5.1.5 流场分布 |
| 5.2 限制水域舵角试验数值模拟 |
| 5.2.1 计算对象和计算工况 |
| 5.2.2 计算域和边界条件 |
| 5.2.3 网格划分 |
| 5.2.4 计算结果和分析 |
| 5.2.5 压力分布 |
| 5.2.6 流场分布 |
| 5.3 限制水域斜航试验数值模拟 |
| 5.3.1 计算对象和计算工况 |
| 5.3.2 计算域和边界条件 |
| 5.3.3 网格划分 |
| 5.3.4 计算结果和分析 |
| 5.3.5 压力分布 |
| 5.3.6 流场分布 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文 |
（10）浅水圆管射流特性数值研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 海洋背景流体大尺度涡结构研究现状 |
| 1.2.2 密度均匀流体层流蘑菇状流动结构研究现状 |
| 1.2.3 密度均匀流体偶极子涡研究现状 |
| 1.3 主要研究内容及创新点 |
| 1.3.1 主要研究内容 |
| 1.3.2 主要创新点 |
| 第二章 浅水密度均匀流体中圆管层流射流特性数值研究 |
| 2.1 数值方法 |
| 2.2 涡结构特性 |
| 2.2.1 涡结构形成机理 |
| 2.2.2 雷诺数对涡结构形成的影响 |
| 2.3 速度与涡量场变化特性 |
| 2.3.1 速度场变化特性 |
| 2.3.2 涡量场变化特性 |
| 2.4 圆管层流射流特征参数和速度场理论解 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 浅水密度均匀流体中圆管湍流射流特性数值研究 |
| 3.1 数值方法 |
| 3.1.1 圆形喷管湍射流阶段数值方法 |
| 3.1.2 流动在背景流体中演化阶段数值方法 |
| 3.2 计算结果与分析 |
| 3.2.1 湍射流涡核演化特征 |
| 3.2.2 动能的演化规律 |
| 3.2.3 动量演化规律 |
| 3.2.4 流场垂向演化特征 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 结束语 |
| 4.1 主要工作与创新点 |
| 4.2 后续研究工作 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文 |
四、浅水流动的模拟方法比较（论文参考文献）
- [1]浅水区喷水推进泵装置启航阶段进水口水下吸入涡流动机理及控制研究[D]. 焦伟轩. 扬州大学, 2021
- [2]扬州市河网水动力及水质模型建立与应用[D]. 方浩川. 扬州大学, 2021(08)
- [3]和谐保正的非交错中心与静水重构格式研究[D]. 董建. 武汉大学, 2021(02)
- [4]流体力学中双曲守恒律方程的高精度差分方法研究[D]. 李小纲. 西安理工大学, 2020(01)
- [5]受限水域集装箱船运动特性数值模拟及安全通航对策研究[D]. 刘志刚. 浙江海洋大学, 2020(01)
- [6]渤海新区海岸带陆源入海污染分布特性与海域水环境研究[D]. 唐星辰. 天津大学, 2020(01)
- [7]浅水域规则波中迎浪航行船舶的运动和水动力数值预报[D]. 袁帅. 上海交通大学, 2020
- [8]基于SPH与Couette流模式沙波运动数学模型的研究[D]. 李晓瑜. 天津大学, 2019(01)
- [9]带桨舵的船舶操纵水动力数值研究[D]. 谭康力. 武汉理工大学, 2019(08)
- [10]浅水圆管射流特性数值研究[D]. 赵恺. 上海交通大学, 2019(06)