论文部分内容阅读
本论文采用三角形单元和四边形单元的混合模式，运用现代有限元理论的数值计算方法，借助美国陆军工程兵团水道实验站（WES）和Brigham Younger大学联合研究开发的大型计算软件——TABS-MD。考虑到松花江干流哈尔滨区段河道平缓、宽浅的特点，主要应用浅水波理论和水深方向平均化理论对三维天然河道水体方程进行简化，得出二维天然河道水体的数学物理方程；通过构建有限元地形网格；率定模型系数；建立了松花江干流哈尔滨区段二维多边界非定常有限元水动力学数值模型；并将率定后满足精度要求的模型应用于哈尔滨市的防洪规划中，为松干哈段的防洪规划提供科学的决策依据。 在借鉴其它数值模型的前提下，经过大量的实验研究得出糙率主要与单元水深和植被状况有关，且沿水流流向呈带状分布，糙率值取值为0.0235—0.080间；动力粘滞系数的取值对模型计算的影响较小，且同一点的四个εij可取同一值，本区段εij取值范围为1200-10000。 模型计算结果满足稳定性和精确性的要求，计算质量流量误差低于5％，平均水位误差低于5cm。证明有限元方法可应用于宽浅式平缓河道水体的二维数值模拟。 数值模型较物理模型可节约大量的前期费用，特别是可作到一模多用，大幅度提高工作效率；模型的应用快捷方便，可提供翔实的计算数据。模型的成功建立可以给出河道内，特别是建筑物附近的流速场，为工程规划设计、环境污染模型以及泥沙运移模型的研究提供条件。