Совершенствование методов расчета параметров движения волны прорыва по речной долине

• Автор: Гугушвили, Иракли Викторович
• Шифр специальности: 05.23.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 147 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.

Глава 1. Обзор существующих методов определения параметров прорывных волн

1.1. Изученность вопроса возникновения прорывных волн .

1.2. Упрощенные методы определения параметров волн прорыва.

1.3. Существующие методы численного моделирования

1.3.1. Моделирование с использованием одномерных уравнений СснВенана

1.3.2. Моделирование, основанное на решении двумерных уравнений СенВснана

1.3.3. Моделирование в трехмерной по пространству постановке

1.4. Выводы по главе.

Глава 2. Обзор математических моделей движения волн прорыва.

2.1. Различия нестационарных трехмерных уравнений
НавьеСтокса и двумерных уравнений СенВенна.
2.2. Методы математического описания турбулентности в уравнениях НавьеСтокса
2.2.1. Осреднение уравнений по Рейнольдсу и привлечение
моделей турбулентности
2.2.2. Прямое численное моделирование турбулентных течений
2.2.2.1. Предпосылки прямого численного моделирования
и корректность постановки задачи.
2.2.2.2. Концепция прямого численного моделирования турбулентных течений.
2.3. Существующие численные методы решения уравнений НавьеСтокса
2.3.1. Обзор программных продуктов зарубежных производителей
2.3.2. Обзор программных продуктов отечественных производителей,
2.4. Выбранный метод численного решения системы
уравнений НавьеСтокса.
2.5. Выводы по главе.
Глава 3. Адаптация выбранного метода
3.1. Особенности построения сеток для геометрии.
3.1.1. Определение линейного размера элемента дискретизации
для модели динамики больших вихрей
3.1.2. Описание модели учета шероховатости стенки.
3.2. Решение тестовых задач
3.2.1. Течение жидкости в трехмерной каверне
3.2.2. Течение Пуазейля при переходных и больших числах Яе
3.2.3. Обтекание цилиндра.
3.2.4. Сопоставление физических численных экспериментов.
3.3. Выводы по главе.
Глава 4. Численные решения некоторых типичных задач распространения прорывной волны по речной долине
4.1. Распространение волны прорыва по пойме с поворотом ограждающих дамб
4.2. Распространение волны прорыва по пойме с поворотом ограждающих дамб и водозаборным сооружением между ними
4.3. Распространение волны прорыва по пойме, пересекаемой дорожной насыпью с мостовым сооружением
4.4. Комплексный сопряженный расчет волны прорыва.
Заключение.
Список использованной литературы


Использованный численный метод был зарегистрирован в реестре программ для ЭВМ, как составная часть программы под названием: «Решатель трехмерных эволюционных начально-краевых задач для течения сжимаемого газа и несжимаемой жидкости с фазой раздела» (NS3D-LES), свидетельство № , авторы: Евстигнеев Н. М. (ИСА РАН) и Гугушвили И. В. (ГНУ ВНИИГиМ). Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, изложена на 7 страницах основного текста, включая рисунка. Список использованной литературы содержит 3 наименований, в том числе работ зарубежных авторов. В первой главе показана изученность последствий разрушения напорных фронтов гидротехнических сооружений и формирования волн прорыва. Дается обзор существующих методов определения параметров распространения волн прорыва и их взаимодействия с сооружениями (в т. Формулируется цель исследования и определяются задачи, решаемые для ее достижения. Во второй главе описываются различия трехмерных нестационарных уравнений Навье-Стокса и двумерных, осредненных по глубине нестационарных уравнений Сен-Вснана (мелкой воды) в применении к задаче волн прорыва. Проведен анализ трехмерных математических моделей. Определено, с помощью каких существующих программных средств можно решить задачу распространения волны прорыва, и какие изменения, если они необходимы, надо внести в существующие программные средства. Описана используемая в диссертации математическая модель распространения волны прорыва, способ учета турбулентности и свободной поверхности и метод ее реализации. Третья глава посвящена адаптации трехмерной модели, применяемой в настоящей работе к характерным в гидротехническом и мелиоративном строительстве начально-краевым задачам распространения волн прорыва. Проведены расчеты ряда тестовых задач, решения которых хорошо известны (решались много раз, разными методами и авторами), либо имеются экспериментальные данные высокой точности. Выполнено сопоставление расчетных данных по выбранному ЗЭ численному методу с экспериментальными данными, полученными и отечественными авторами, и обнаружено хорошее качественное и количественное совпадение результатов. Исследованы особенности построения расчетных сеток для трехмерной геометрии. Результатами численных экспериментов является значения актуальных скоростей и давлений во всех элементах дискретизации расчетной области, достаточных для обоснования проектных решений. Для визуализация происходящих процессов в нижнем бьефе производится определение свободной поверхности течения, представление векторов скорости потока и других функциональных величин скалярных и векторных полей течений. Предложена методика сопряжения -ЗЭ численных методов для моделирования распространения волны по протяженному руслу с участками с особенностями (сложная геометрия, сооружения и Т. П.). В заключении сформулированы основные выводы и результаты, полученные в процессе выполнения диссертационной работы. В диссертации проработан обширный материал многочисленных теоретических разработок, натурных и лабораторных исследований динамики течений, процессов волнообразования, возникающих в результате разрушения напорного фронта гидроузла, проводившихся за последнее столетие как отечественными, так и зарубежными учеными. С перечнем использованных литературных источников можно ознакомиться в списке литературы, содержащим 3 наименований в т. ГЛАВА I. Обзор существующих методов определения параметров прорывных волн. Изученность вопроса возникновения Прорывных В0. Гидротехнические сооружения (I ТС) относятся к числу сложных технических объектов, функционирование которых создает ряд экологических и природопользовательских проблем. Возникновение чрезвычайных ситуаций на объектах такого рода, в частности, разрушение напорного фронта с образованием волны прорыва может приводить к катастрофическим последствиям в НБ. На сегодняшний день в мире зафиксировано множество аварий, произошедших на гидротехнических сооружениях. При обрушении плотины Пуэнтес (Испания, г. Лорка, число жертв достигло 8 человек [5]. При разрушении плотины Сент-Франсис (Лос-Анджелес, г.