复杂边界河道流场及污染物输移数值模拟研究

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1、摘要环境污染与环境保护是当今世界所面临的严重问题之一。由于工业的发展，大量有害于人类和其它生物的工业废物(废水、废气、废渣)和生活污水、农业废水排入河流、湖泊、水库与海湾，使天然水体受到严重的污染。为了保护环境，防止污染的危害，必须了解这些污染物质的扩散输移规律。就是要探求当污染物投放于水体后，由于扩散、输移所造成的污染物浓度随空间和时间的变化规律。本文研究了一种正交曲线网格生成技术．导出了正交曲线坐标系下水流及污染物浓度输移的控制方程。建立复杂边界河道污染物浓度输移的数学模型，劳对美国Colorado洲FallRiver流场及

2、汉江仙桃河段污染情况进行了数值模拟，计算结果与实铡资料比较表明，本文提出的方法效果较好。本文的主要研究成果如下：1)针对Thompson的曲线网格生成方法中调节因子存在的问题，提出了一种新的调节因子的表达式，并给出了正交曲线网格生成实例。实例检验表明，该调节因子能够对复杂边界的单连通域或多连通域的水域生成理想的正交曲线网格，内部网格分布能够适应物理量场的变化情形。2)利用坐标变换将笛卡尔坐标下的二维水流控制方程转换到正交曲线坐标系F，并在正交曲线坐标F采用ADI法离散、求解水流的控制方程，充分利用了贴体网格能较好拟合不规则河岸线

3、的特点。该网格生成技术能够有效克服河道的复杂边界给差分法带来的困难。3)采用ADI法求解止交曲线坐标系下水流及污染物浓度输移的耦合方程时．计及了水流扩散项的影响。并用本文建立的数学模型对美国Colorado洲FallRiver流场及汉江仙桃河段污染情况进行了数值模拟，计算结果与实测资料比较证明了该模型的可靠性。总之，本文提出的模型具有形式简单、编程方便、计算收敛速度快等优点，且能基本满足工程要求，对水利，环境工程领域中的工程实践有一定的指导作用，是一种较好的：I。程模型。关键词数值模拟，调节因子，正交曲线网格，污染物浓度输移，A

4、DI法，复杂边界河道STUDYoNNUMEIUCALSⅡ江ULATIoN0F2DRIVERFLOWANOWATERQUARLITYWITHCOMPLICTEDBOUNDARYABSTRACTEnviromentalpollutionandprotectionjsoneofthebigproblemsintheworld．Withthedevelopmentofindustry,Alargeamountofindustrywasteandlifepollutedwaterharmfulltopeopleandotherliving

5、thingsisdischargedintoriver,lake．reservoirandoce如andmakethenaturaIWatermuchmorepolluted．Toprotectenviroment,peoplemustleanlandstudythetransportationofthepollutedmatterinwater,toobtainthedistributionofthepollutedmatterconcentration．Here．amathematicalmodelfornumericals

6、imulationoftwo．dimensionaIflowandpollutedmattertransportationwithcomplexboundaryunderorthogonalcurvilinearcoordinatesystem．Acomparisonbetweencomputedresultsandmeasureddataforpracticalengineeringshowsasatisfactoryagreement．neresearchdetailsofthispaperare∞foIlows：1．Som

7、eproblemsconcerningtheadjustingfactorsinthecommonly-usedThompsonmethodinthegenerationofcurvilineargadarepointedout．Anewexpressionofadjustingfactorsisproposed,andsomecurvilineargridgenerationexamplesshowthatbyusingtheproposedadjustingfactorsidealgridscanbegeneratedfor

8、simple--connectedregionsandconnected·-regionswithcomplexboundary．Thecurvilineargadisorthogunalandtheintedor西dScanbeadaptivetothevai