植被水流的大涡模拟理论方法及应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 概述 1

1.2 本书内容 3

第2章 湍流的简介和分解 4

2.1 湍流 4

2.1.1 湍流的简介 4

2.1.2 湍流的统计 5

2.1.3 湍流的相关性 5

2.1.4 湍流的能谱 6

2.1.5 湍流的拟序结构——Q准则 6

2.1.6 K41理论 6

2.2 湍流的大涡模拟分解 8

2.2.1 大涡模拟历史 8

2.2.2 大涡模拟原理 9

2.2.3 大涡模拟中的滤波 10

2.2.4 湍动亚格子应力 11

2.2.5 标量亚格子应力 12

2.3 湍流的雷诺分解 13

第3章 大涡模拟亚格子模型 14

3.1 涡黏型模型 14

3.1.1 Smorgisnky模型 14

3.1.2 涡量模型 16

3.1.3 拟序结构模型 16

3.1.4 WALE模型 16

3.1.5 动力模型 16

3.2 尺度相似型模型 19

3.2.1 Bardina模型 19

3.2.2 混合模型 20

3.3 结构函数型模型 21

3.3.1 二阶结构函数模型 21

3.3.2 过滤结构函数模型 21

3.4 能量型模型 22

3.4.1 Yishizawa模型 22

3.4.2 Inagaki模型 22

3.4.3 Sagaut模型 22

3.5 一般形式的亚格子模型 23

第4章 Hybrid RANS-LES模型 24

4.1 DES模型 24

4.1.1 基于S-A方程的DES类型模型 24

4.1.2 基于S-A方程的DDES类型模型 25

4.1.3 基于k-ωRAN方程IDDES模型 26

4.2 SAS类型模型 27

4.2.1 基于KE1E方程的SAS模型 27

4.2.2 基于KE1E方程修正的SAS模型 28

4.3 限制涡黏性系数类型模型 28

4.4 嵌入式LES-RANS类型模型 28

第5章 植被水流的控制方程和模化 29

5.1 植被相关概念 29

5.1.1 植被阻抗力 29

5.1.2 植被刚度 29

5.1.3 植被密度 29

5.2 含植被水流N-S控制方程 29

5.2.1 一般坐标下控制方程和湍动亚格子应力 29

5.2.2 一般坐标下控制RANS方程 30

5.3 含植被水流非静压水动力方程 30

5.4 水流中植被的模化 31

5.4.1 刚性植被模化 31

5.4.2 柔性植被模化 32

5.4.3 波浪中植被的模化 34

5.4.4 湍流模型模化 34

5.5 污染物在植被水流迁移控制方程的建立 36

5.5.1 欧拉法 37

5.5.2 拉格朗日法 37

5.5.3 污染物扩散系数模化 37

第6章 控制方程的离散和边界条件 39

6.1 数值方法简介 39

6.2 N-S控制方程离散 40

6.2.1 单层σ坐标转换 40

6.2.2 分步算法 42

6.2.3 σ坐标转换的连续条件 46

6.2.4 水平压力项的改进 46

6.2.5 改进的分步算法 47

6.2.6 三层σ坐标转换 48

6.3 非静压水动力控制方程压力项离散 50

6.4 污染物控制方程离散 50

6.5 数值模拟的边界条件 51

6.5.1 入流边界条件 51

6.5.2 出流边界条件 52

6.5.3 自由表面边界条件 52

6.5.4 固体壁面边界条件 54

6.5.5 动边界的处理方法 54

6.5.6 污染物边界条件 55

6.5.7 S-A模型边界条件 55

6.5.8 拉格朗日模型边界条件 55

第7章 模型的应用和工程实例 56

7.1 沙丘地形明渠水流流动 56

7.1.1 计算参数 56

7.1.2 数值模拟结果 57

7.2 波浪在障碍物中变形数值模拟 61

7.2.1 计算参数 61

7.2.2 数值模拟结果 61

7.3 含淹没植被的明渠水流流动 64

7.3.1 计算参数 64

7.3.2 数值模拟结果 64

7.4 部分刚性植被化的明渠水流流动 65

7.4.1 计算参数 65

7.4.2 数值模拟结果 66

7.5 有限区域非淹没刚性部分植被水流流动 69

7.5.1 计算参数 69

7.5.2 数值模拟结果 70

7.6 有限区域淹没柔性植被水流流动 71

7.6.1 计算参数 71

7.6.2 数值模拟结果 72

7.7 淹没植被对波浪衰减过程数值模拟 74

7.7.1 计算参数 74

7.7.2 数值模拟结果 75

7.8 污染物在刚性淹没植被迁移过程 76

7.8.1 计算参数 76

7.8.2 数值模拟结果 76

7.9 河流岸滩菖蒲植被对河流流场的影响 81

7.9.1 计算参数 81

7.9.2 数值模拟结果 82

7.10 河流死水区植被对水流交换能力影响数值模拟 85

7.10.1 计算参数 85

7.10.2 数值模拟结果 86

7.10.3 现场应用 89

参考文献 92

附录A Fortran语言SEM子程序 97

附录B Fortran语言干湿网格法子程序 104

附录C 自由表面湍动涡黏性系数的推导 106