Моделирование длинноволновых процессов в геофизической гидродинамике

Моделирование длинноволновых процессов в геофизической гидродинамике

Автор: Клеванный, Константин Алексеевич

Шифр специальности: 11.00.08

Научная степень: Докторская

Год защиты: 1999

Место защиты: Санкт-Петербург

Количество страниц: 313 с. ил.

Артикул: 253844

Автор: Клеванный, Константин Алексеевич

Стоимость: 250 руб.

Моделирование длинноволновых процессов в геофизической гидродинамике  Моделирование длинноволновых процессов в геофизической гидродинамике 

ОГЛАВЛЕНИЕ
введение
1. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДЕЛИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ I.
1.1 УРАВНЕНИЯ ГИДРОДИНАМИКИ И ПЕРЕНОСА ПРИМЕСИ
1.2 ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ПРИБЛИЖЕНИЕ .
1.3 ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ .
1.4 ЗАМЫКАНИЕ УРАВНЕНИЙ .
1.5 УРАВНЕНИЯ МЕЛКОЙ ВОДЫ И ПЕРЕНОСА ПРИМЕСИ В ДВУМЕРНОЙ ПОСТАНОВКЕ
1.5.1 Вывод уравнений . .
1.5.2 Граничные условия .
1.6 ЭМПИРИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЭРОЗИИ ДНА .
2. УРАВНЕНИЯ ГИДРОДИНАМИКИ В КРИВОЛИНЕЙНЫХ КООРДИНАТАХ .
2.1 ОБОСНОВАНИЕ ПЕРЕХОДА К КРИВОЛИНЕЙНЫХ КООРДИНАТАМ И ОСНОВНЫЕ СООТНОШЕНИЯ . .
2.2 ПОСТРОЕНИЕ КРИВОЛИНЕЙНЫХ СЕТОК .
2.3 ПРЕОБРАЗОВАНИЕ УРАВНЕНИЙ МЕЛКОЙ ВОДЫ К КРИВОЛИНЕЙНЫМ КООРДИНАТАМ 4
2.3.1 Переход к контравариантным компонентам . 4
2.3.2 Адвективные члены в криволинейных координатах 4
2.3.3 Преобразование членов горизонтального турбулентного обмена 4
2.3.4 Окончательная форма уравнений мелкой воды в криволинейных координатах 4
2.3.5 Граничные условия в криволинейных координатах
2.4 ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ТРЕХМЕРНЫХ УРАВНЕНИЙ ГИДРОДИНАМИКИ 4
2.4.1 Вывод уравнений .
2.4.2 Граничные условия в криволинейных координатах для
3 задач
2.5. УРАВНЕНИЯ МОДЕЛЕЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ В КРИВОЛИНЕЙНЫХ КООРДИНАТАХ 5
2.5.1 Преобразование уравнений модели Прандтля к криволинейным координатам
2.5.2 Преобразование уравнений Ь модели турбулентности.
2.6 ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ТРЕХМЕРНОГО АДВЕКТИВНОДИФФУЗИОННОГО УРАВНЕНИЯ .5
2.7 ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ОСРЕДНЕННОГО ПО ГЛУБИНЕ АДВЕКТИВНОДИФФУЗИОННОГО УРАВНЕНИЯ 5
3. КОНЕЧНОРАЗНОСТНЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЙ В КРИВОЛИНЕЙНЫХ КООРДИНАТАХ
3.1 РЕШЕНИЕ УРАВНЕНИЙ МЕЛКОЙ ВОДЫ .5
3.1.1 Формулировка метода . 5
3.1.2 Применение стабилизационного метода ПисманаРекфорда к решению задач в криволинейных координатах 5
3.1.3 Анализ устойчивости
3.1.4 Вычислительный алгоритм
3.1.5 Конечноразностная аппроксимация граничных условий.
3.2 РЕШЕНИЕ ТРЕХМЕРНЫХ УРАВНЕНИЙ ГИДРОДИНАМИКИ
3.2.1 Уравнения движения . .
3.2.2 Решение уравнений модели турбулентности .
3.3 РЕШЕНИЕ АДВЕКТИВНОДИФФУЗИОННЫХ УРАВНЕНИЙ В ДВУМЕРНОЙ И ТРЕХМЕРНОЙ ПОСТАНОВКАХ .7
3.4 ТЕСТИРОВАНИЕ КОНЕЧНОРАЗНОСТНЫХ СХЕМ МОДЕЛИ НА АНАЛИТИЧЕСКИХ РЕШЕНИЯХ И НА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
3.4.1 Тестирование схемы решения уравнений движения .
3.4.2 Тестирование схемы решения уравнения переноса примеси
4. РАЗРАБОТКА ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКОГО ИНТЕРФЕЙСА ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ I .
4.1 СОВРЕМЕННЫЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИХ ПРОГРАММ В
ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ ГИДРОДИНАМИКЕ
4.2 ПОСТРОЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ ОБЛАСТИ
4.3 СПОСОБЫ ЗАДАНИЯ ПОЛЕЙ ГЛУБИН
4.3.1 Задание глубин в узлах криволинейной сетки .
4.3.2 Глубины в узлах прямоугольной сетки .
4.3.3 Преобразование двумерных массив из формата II в двоичный и обратно .
4.4 ПЕРЕХОД ОТ ДВУМЕРНЫХ ЗАДАЧ К ТРЕХМЕРНЫМ И ОБРАТНО
4.4.1 Выбор вертикального разрешения
4.4.2 Выбор модели турбулентности . .
4.5 ОПИСАНИЕ ОТКРЫТЫХ ГРАНИЦ . .
4.5.1 Задание положения открытых границ
4.5.2 Работа с рядами данных
4.6 УСВОЕНИЕ ДАННЫХ АТМОСФЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ И БАЗ ДАННЫХ
4.6.1 Ввод атмосферных данных в виде аналитических зависимостей .
4.6.2 Ввод атмосферных данных в виде рядов данных метеостанций
4.6.3 Ввод данных, поступающих из моделей атмосферы .
4.7 ЗАДАНИЕ ЭМПИРИЧЕСКИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ И ПАРАМЕТРОВ РАСЧЕТА ДИНАМИКИ ВОДЫ .
4.7.1 Режим расчета . .
4.7.2 Начальные условия .
4.7.3 Коэффициент горизонтального турбулентного обмена .
4.8 БЛОК ЗАДАНИЯ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ПО ПРИМЕСЯМ
4.8.1 Задание параметров расчета примеси .
4.8.2 Задание концентрации в узлах криволинейной сетки
4.8.3 Задание концентрации в узлах прямоугольной сетки
4.8.4 Задание источников примеси
4.9 ЗАДАНИЕ СВОЙСТВ ГРУНТА
4.9.1 Коэффициент придонного трения .
4.9.2 Задание границ подобластей с различными свойствами грунта . .
4.9.3 Задание параметров свойств дна . .
4. ПОДГОТОВКА ВЫВОДА РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА . .
Виды представления расчетных характеристик
Установка приборов .
Импорт данных измерений уровня и скорости .
4. УСТАНОВКА ВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ РАСЧЕТА .
4. БЛОК СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ СРАВНЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТОВ С ДАННЫМИ НАБЛЮДЕНИЙ
4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ПРОГРАММАМИ РАСЧЕТА КАЧЕСТВА ВОДЬ НА
ПРИМЕРЕ ПРОГРАММЫ ФИРМЫ I, НИДЕРЛАНДЫ .
4. ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММНОЙ СИСТЕМЫ I .
5.1 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПРОГНОЗА НАВОДНЕНИЙ В САНКТ ПЕТЕРБУРГЕ .
5.1.1 Исторический обзор развития службы прогнозов и предупреждения наводнений в С.Петербурге .
5.1.2 Краткий обзор системы прогнозирования наводнений в Нидерландах .
5.1.3 Сезонные изменения уровня зоды Балтийского моря
5.1.4 Моделирование наводнений сентября октября г. по данным о фактическом ветре .
5.1.5 Расчет наводнений г. ка основе атмосферных прогнозов модели I
5.1.6 Опытный прогноз колебаний уровня в С.Петербурге на основе данных I в ноябре г. .
5.1.7 Сравнение с результатами прогноза СЗУГМС .
5.1.8 Предложения по моделированию наводнений в оперативном режиме
5.1.9 Выводы и рекомендации .
5.2 РАСЧЕТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ШТОРМОВЫХ НАГОНОВ С ГИДРОТЕХНИЧЕСКИМИ СООРУЖЕНИЯМИ НА ПРИМЕРЕ КОМПЛЕКСА СООРУЖЕНИЙ ЗАЩИТЫ С.ПЕТЕРБУРГА ОТ НАВОДНЕНИЙ .
5.2.1 Комплекс сооружений защиты С.Петербурга от наводнений и его современное состояние
5.2.2 Модели Невской губы и восточной части Финского залива . .
5.2.3 Возможные уровни воды в С.Петербурге при современном состоянии КЗС
5.2.4 Возможные уровни воды в С.Петербурге при проектном состоянии КЗС .
5.3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОНИКНОВЕНИЯ ПРИЛИВНЫХ ВОЛН И ШТОРМОВЫХ НАГОНОВ В УСТЬЯ РЕК НА ПРИМЕРЕ УСТЬЯ Р. КОЛЫМЫ .
5.3.1 Тестирование модели для стокового режима .
5.3.2 Моделирование сгоннонагонной ситуации
5.3.3 Результаты расчетов .
5.4 РАСЧЕТ РАСПРОСТРАНЕНИЯ МУТНОСТИ ПРИ СОЗДАНИИ КАРЬЕРОВ ПЕСКА В РУСЛАХ РЕК НА ПРИМЕРЕ КАРЬЕРА ВЫСОКОВСКОЕ НА
Р . КУБЕНЕ .
5.5 ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ КОМПЛЕКСА СООРУЖЕНИЙ ЗАШИТЫ САНКТПЕТЕРБУРГА ОТ НАВОДНЕНИЙ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
5.5.1 Влияние КЗС на изменение режима течений в Невской губе и восточной части Финского залива
5.5.2 Оценка влияния маневрирования затворами КЗС на изменение течений в Невской губе
5.5.3 Исследование влияния КЗС ка уровень загрязнения Невской губы . .
5.5.4 Прогноз изменения режила течений и распространения загрязнения в Невской губе при дополнительном закрытии
отверстий в, КЗС .
5.6 РАСЧЕТЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОТ ВОДОВЫПУСКОВ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ И ПРИ АВАРИЙНЫХ РАЗЛИВАХ .
5.6.1 Прогноз распространения загрязнения от водовыпус
ков г. Волос в заливе Пагаситикос Эгейского моря .
5.6.2 Прогноз распространения загрязнения в Невской при переносе водовыпусков очистных сооружений .
5.6.3 Исследование влияния нестационарности гидрометеорологических условий на изменчивость полей примеси, поступающей от водовыпусков очистных сооружений на примере распространения фосфора в Невской губе .
5.6.4 Расчеты аварийных разливов и сбросов .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


ИЫ 3, 8 И мс 0. Яи0 3, в узлах, мс 3. Для гладкой поверхности коэффициент трения может быть определен итеративно, используя зависимость Моньш и др. Ла о, АЛли. Некоторые специальные граничные условия задаются для скорости оседания или всплывания взвешенных примесей и о. ДОЛЖНО быть СНог0, иначе появится поток примеси через поверхность. Для Ко 0 граничное условие 0 означает,
что примесь остается в расчетной области. Для всплывающих примесей, например нефти, это справедливо, если испарением пренебрегают. Но 0 принимается, что примесь, достигшая дна, исключается из расчета ио остается положительной на дне. Процессы ресуспезии не рассматриваются в настоящей работе. Для всплывающих примесей, которые не поступают со дна, граничным условием при г И будет смг0 2Я 0 . Согласно еаЬЪ, при турбулентном режиме следует в 1. На открытых боковых границах одним из граничных условий, которые будут задаваться, является равенство нулю касательной к границе составляющей скорости иг0, второе граничное условие может быть разных типов. Для первого типа задается нормальная компонента скорости как функция времени ип . Для второго типа задается уровень воды СЬ. Это так называемое радиационное условие описывает уходящие из расчетной области возмущения. Оно является точным для одномерного линейного волнового уравнения, но его можно использовать как приближенное условие и для двумерных задач. Вопросам корректности постановки граничных условий на открытых границах посвящено много работ см, например, vi и др. Но практическое их использование при решении конечноразностных задач обычно невозможно. Численные эксперименты показывают, что предложенные выше граничные условия дают устойчивые решения. На твердых боковых границах нормальная компонента скорости пп равна нулю. Для тангенциальной компоненты ит мы вводим квадратичный закон трения, аналогичный придонному 1. На открытых границах, через которые вода вытекает из расчетной области, граничное условие для с не задается. Для решения уравнений гидродинамики и переноса примеси необходимо найти коэффициенты турбулентного обмена и диффузии. Ix,,, вертикальный масштаб турбулентности. Это выражение для масштаба турбулентности дает правильную асимптотику в пограничных слоях. Его применимость рассматривалась в работе i, при моделировании ветровых течений в замкнутом мелководном бассейне, где бьело получено хорошее соответствие экспериментальных и расчетных данных. Уточнением формулы Рейда является выражение Вольцингер и др. Рейда со срезкой в центральной части. Ье модель турбулентности и др. СрО. ОЯ. ЕВ1 1. При решении многих практических задач вертикальное распределение скорости не требуется и, с другой стороны, вертикальная изменчивость скорости мала. Тогда разумно проинтегрировать по вертикали динамические уравнения и уравнение распространения примеси и после введения некоторых приближенных соотношений перейти к двумерной задачи. Интегрирование 1. Дсс,Я етс, ис. Сумма четвертого и шестого членов в 1. В отсутствии сил трения идеальная жидкость и Сароклинных членов и в приближении гидростатики скорость не зависит от вертикальной координаты. В общем случае это не так, и соотношения 1. Члены, описывающие горизонтальный турбулентный обмен, имеют эмпирический характер и могут быть в двумерной постановке записаны в
К Дм ск КАЦ Кс Ас ск КсНАс . Касательные напряжения на дне определяются из квадратичного закона трения, аналогично 1. Ч ,. Это эмпирическое соотношение может внести существенные ограничения в область применимости осредненных по глубине уравнений, если придонное трение играет важную роль в рассматриваемом процессе. При сложной вертикальной структуре течения осредненная по глубине и придонная скорости могут быть направлены в противоположные стороны. В двумерном приближении нельзя использовать логарифмический закон стенки 1. АГ ьГ 1. С коэффициент Шези, п коэффициент Маннинга, значения которого для различных видов поверхности согласно Киселев, даны в Таблице
Поверхностные напряжения определяются как и в трехмерном случае по 1.

Рекомендуемые диссертации данного раздела

28.06.2016

+ 100 бесплатных диссертаций

Дорогие друзья, в раздел "Бесплатные диссертации" добавлено 100 новых диссертаций. Желаем новых научных ...

15.02.2015

Добавлено 41611 диссертаций РГБ

В каталог сайта http://new-disser.ru добавлено новые диссертации РГБ 2013-2014 года. Желаем новых научных ...


Все новости

Время генерации: 0.179, запросов: 109