基于FVM的渤海潮流及潮余流特征分析 优秀专业论文.docx

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1、基于FVM的渤海潮流及潮余流特征分析摘要：以无结构网格有限体积法的二维浅水方程为基础。模拟了渤海的潮流场，然后对得到的潮流时间平均求得欧拉潮余流。通过对模拟结果的分析得到渤海潮流及潮余流的运动规律，该模型能较准确地模拟渤海海域潮流及潮余流。关键词：有限体积法；混合网格；渤海旋转流；双环结构渤海三面临陆，是一个典型的半封闭海湾，其主要海水运动形式为潮汐运动。大量实验和观测表明，渤海的环流主要表现为潮余流，且潮余流在渤海是形成污染物扩散的主要应力之一。在环渤海地区经济快速发展的同时大量污染物被排入海洋，由于渤海的地形与环流特征导致大量有害物质在渤海内长期累积无法输出，最终导致渤海的生态资源和环境受

2、到极大破坏。为了更合理的开发利用环渤海海洋资源并对已污染的海域进行整治，本文以无结构网格有限体积法的二维浅水方程为基础，模拟了渤海的潮流场，然后对得到的潮流时间平均求得欧拉潮余流，最后对模拟结果的分析得到渤海潮流及潮余流的运动规律。1.1水流模型控制方程控制方程采用采用二维浅水方程:(1)dh + d(hu) d(hv) _ 0dt ox dydra(/u/24-1g/r)a , a , ,8、 Q)(6)U=+加(-皿向0-十七外，广附+匕-空(孚+4+；“” 与 取 4 HJ p y ox dy J dr ex+吗：繁)/ “7 +4g(a：+ M1 .(H：) ； J(U,+M)2上式中

3、4为单元i的水位；/ =4/A为淹没度，A为单元面积，4为单元被水淹没的面积；咒为i单元/边上的水平数值通量；3为i单元/边的长度。其中扩散项为空间的二阶导数，在计算时需根据单元中心的变量按加权平均方法计算节点值，然后将一阶导数再次求导从而得到二阶导数。以四边形网格为例，得到的水平扩散项为式（8）,式中Sq为第i个四边形的面积，4y（i = A8C。）为i单元的顶点坐标。土 誓）嚓1卜）-卜嚓）jM哪亦3十泰1s 修1-卜巾管所卜知*卜- T2.2网格模型的建立本文采用了三、四边形混合无结构网格。一方面为高精度拟合不规则边界的任意几何形状从而在模拟区域的边界处采用三角形无结构网格；另一方面为减

4、少计算量，提高计算效率因而在中心区域采用四边形无结构网(a)A时刻渤海潮位(b)A时刻渤海潮流场(a)B时刻渤海潮位(b)B时刻渤海潮流场图2大潮涨急渤海潮位及潮流场图3大潮高潮时渤海潮位及潮流场程中看出，辽东湾的潮流流向渤海海峡的北部，渤海湾的潮流一部分流向渤海海峡的南部，另一部分进入莱州湾。当三大湾海面达高潮时流速很小，同样为转流时刻，从图5(b)中可以看出此时辽东湾达高潮，流速由原来的东北向转向西南向。4结语本文运用基于非结构网格有限体积法二维水流数学模型，采用非结构混合网格对渤海海域潮流场及潮余流进行了数值模拟。由于以上方法的引入，一方面保证了物理量积分形式的守恒律；另一方面在精确模拟

5、复杂边界的同时又大大提高了计算效率。经模拟结果的对比分析可知，该模型能较准确的模拟渤海的潮流状况，反映了渤海潮流及潮余流的运动规律，为渤海潮流及潮余流的预测提供了可靠依据。参考文献：1王辉，苏志清，冯士举，等.渤海三维风生-热盐-潮致Lagrange余流数值计算J.海洋学报，1993,15(1):9-21.2杨学斌.波、流联合作用下二维水流、泥沙数学模型研究D.天津：天津大学，2008.李绍武，卢丽锋，时钟.河口准三维涌潮数学模型研究J.水动力学研究与进展，2004,A 19(4):4074154谭维炎,胡四一.二维浅水流动的一种普适的高性能格式一一有限体积格式J.水科学进展，1991,2(3)： 154-161.5李孟国,郑敬云.中国海域潮汐预报软件Chinatide的应用J.水道港口, 2007, 28 (1) ： 65-68.LI M G, ZHENG J Y.Introduction to Chinatide software for tide prediction in China seasJ.Journal ofWaterway and Harbor, 2007, 28 (1) ： 65-68.