复杂地形二维水流模拟:非结构全混合网格方法

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"基于非结构全混合网格的复杂地形二维水流数值模拟 (2011年)" 本文主要探讨了在复杂地形条件下,如何有效地进行二维水流的数值模拟。研究的核心是利用非结构全混合网格技术,结合有限体积法解决浅水方程。作者姜晓明、李丹勋和王兴奎来自清华大学水利水电工程系和水沙科学与水利水电工程国家重点实验室。 文章首先介绍了以四边形网格为基础的策略,针对那些在任何位置上不满足变形控制条件的四边形网格,将其细化为三角形网格,从而构建出全混合的非结构网格。这种方法的优势在于能够灵活适应各种复杂的地形特征。接着,文章采用有限体积法对浅水方程进行离散求解,这是一种广泛应用于流体动力学计算的方法,适用于处理不可压缩流体的问题。 在验证模型的有效性和精度方面,研究者通过一系列的计算实例进行测试。他们使用混合流算例分析了静水、缓流及混合流的情况,以检验模型的适用范围。此外,通过非平底溃坝水流算例,进一步验证了模型的稳定性以及处理地形干湿变化的能力。结果显示,采用三角形网格计算的时间是四边形网格的1.81倍,而全混合网格则只需要1.12倍的时间,这意味着全混合网格在计算效率上有显著优势。 最后,论文应用验证后的模型对松花江哈尔滨主城区河段的松浦退堤问题进行了模拟,证明了模型在模拟复杂地形条件下的水流运动时表现良好,同时具有较高的计算效率和对复杂边界的适应性。这为实际水利工程的计算提供了可靠的理论支持和参考依据。 关键词涵盖了非结构混合网格、浅水方程和有限体积法,这些是本研究的核心技术。根据中图分类号,这篇文章属于水利工程的范畴,具有重要的学术价值。文献标志码A表示这是一篇原创性的科研论文,文章编号1000-0054(2011)06-0764-06则标识了文章在《清华大学学报(自然科学版)》2011年第6期的具体位置。这项工作为复杂地形条件下的水流模拟提供了一种高效且灵活的解决方案。