挾沙水流數(shù)學(xué)模型的研究與實(shí)踐
定 價(jià)：29 元
- 作者：陳雄波
- 出版時(shí)間：2010/1/1
- ISBN：9787807349112
- 出 版 社：黃河水利出版社
- 中圖法分類：TV131.3
- 頁(yè)碼：161
- 紙張：膠版紙
- 版次：1
- 開(kāi)本：16K
《挾沙水流數(shù)學(xué)模型的研究與實(shí)踐》針對(duì)水流泥沙數(shù)學(xué)模型發(fā)展過(guò)程中遇到的關(guān)鍵性的技術(shù)難題，采用理論分析和實(shí)際編程計(jì)算相結(jié)合的方法對(duì)它們進(jìn)行了研究。根據(jù)研究?jī)?nèi)容分為上篇、中篇、下篇。其中：上篇主要對(duì)多沙河流的一些重要參數(shù)、適用公式和處理方法等進(jìn)行了研究，建立了多泥沙河流平面二維泥沙數(shù)學(xué)模型，并對(duì)在數(shù)學(xué)模型中如何體現(xiàn)多沙河流特殊的演變規(guī)律也進(jìn)行了研究；中篇主要對(duì)計(jì)算過(guò)程收斂性、自由水面的確定、泥沙擴(kuò)散系數(shù)的取值等進(jìn)行了研究，建立了二維水流泥沙數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了初步驗(yàn)證；下篇搭建了黃河治理人工智能體系的理論框架，介紹了與之有關(guān)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、中常洪水的演進(jìn)方法、河道沖淤平衡水沙關(guān)系的部分研究成果。
《挾沙水流數(shù)學(xué)模型的研究與實(shí)踐》可供泥沙與河流動(dòng)力學(xué)、水利、水文、地理、防洪減災(zāi)等專業(yè)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、科研、管理人員以及高等院校師生閱讀和參考。
《挾沙水流數(shù)學(xué)模型的研究與實(shí)踐》針對(duì)水流泥沙數(shù)學(xué)模型發(fā)展過(guò)程中遇到的關(guān)鍵性的技術(shù)難題，采用理論分析和實(shí)際編程計(jì)算相結(jié)合的方法對(duì)它們進(jìn)行了研究。《挾沙水流數(shù)學(xué)模型的研究與實(shí)踐》可供泥沙與河流動(dòng)力學(xué)、水利、水文、地理、防洪減災(zāi)等專業(yè)的規(guī)劃、沒(méi)計(jì)、科研、管理人員以及高等院校師生閱讀和參考。
20世紀(jì)50年代以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算流體力學(xué)逐漸成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科。水流泥沙數(shù)學(xué)模型作為河床變形定量預(yù)測(cè)的重要手段日益受到重視，目前長(zhǎng)河段、長(zhǎng)時(shí)間的一維和水深平均的平面二維泥沙數(shù)學(xué)模型已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，三維泥沙數(shù)學(xué)模型發(fā)展也較快，在水利工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。
由于很多大江大河的平面尺度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)垂向尺度，物理量沿水深方向的變化在許多情況下不是重點(diǎn)考查的對(duì)象，與三維數(shù)學(xué)模型相比計(jì)算又大大簡(jiǎn)化，因此水深平均的平面二維泥沙數(shù)學(xué)模型有著獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最為廣泛的數(shù)學(xué)模型。在泥沙數(shù)學(xué)模型應(yīng)用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)已有的二維數(shù)學(xué)模型大多只適用于計(jì)算少沙河流，多沙河流數(shù)學(xué)模型落后于清水和少沙河流數(shù)學(xué)模型的發(fā)展，其主要原因是對(duì)多沙河流的一些重要參數(shù)、適用公式和處理方法等認(rèn)識(shí)不夠深入，同時(shí)在數(shù)學(xué)模型中如何體現(xiàn)多沙河流特殊的演變規(guī)律也存在較大爭(zhēng)議。例如：高含沙洪水和低含沙洪水在汛期往往交替發(fā)生，在數(shù)值模擬中如何選用適宜的流變方程；高含沙洪水的挾沙能力具有“多來(lái)多排”和形成“漿河”等特點(diǎn)，使數(shù)學(xué)模型中應(yīng)用的挾沙力公式易與實(shí)際不甚符合；多沙河流大都擁有散亂型流路，主流在寬廣的大堤內(nèi)擺動(dòng)游蕩，往往灘槽區(qū)分并不明顯，還有可能形成“二級(jí)懸河”，使得斷面概化困難；對(duì)很多系數(shù)和處理方法存在較大的爭(zhēng)議，如流場(chǎng)與沙場(chǎng)是否應(yīng)耦合計(jì)算、收斂判斷條件、計(jì)算時(shí)段選取規(guī)則等，尚無(wú)定論，特別是對(duì)恢復(fù)飽和系數(shù)的取值爭(zhēng)議很大。
前言
上篇 多泥沙河流平面二維泥沙數(shù)學(xué)模型
第一章 緒論
第一節(jié) 問(wèn)題的提出
第二節(jié) 泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究進(jìn)展
第三節(jié) 泥沙數(shù)學(xué)模型研究進(jìn)展
第四節(jié) 本書(shū)的研究思路及主要內(nèi)容
第二章 多沙流體流變方程和挾沙力公式的選用
第一節(jié) 模式分類的依據(jù)和實(shí)施
第二節(jié) 對(duì)賓漢剪應(yīng)力的BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)果與分析
第三節(jié) 二元均勻流挾沙力的BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)果與分析
第四節(jié) 天然多沙河流數(shù)學(xué)模型中挾沙力公式的選用
第五節(jié) 本章小結(jié)
第三章 多沙河流河床斷面概化的研究
第一節(jié) 河床斷面概化的意義和已有方程
第二節(jié) 多沙河流斷面形態(tài)補(bǔ)充方程的建立和驗(yàn)證
第三節(jié) 斷面概化方法的應(yīng)用步驟
第四節(jié) 本章小結(jié)
第四章 多泥沙河流水深平均的二維泥沙數(shù)學(xué)模型
第一節(jié) 水流泥沙運(yùn)動(dòng)的控制方程
第二節(jié) 計(jì)算定解條件
第三節(jié) 計(jì)算步驟
第四節(jié) 平面二維水流數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用
第五節(jié) 泥沙模塊計(jì)算時(shí)所用公式和參數(shù)的選取
第六節(jié) 模型的驗(yàn)證
第七節(jié) 本章小結(jié)
中篇 三維水流泥沙數(shù)學(xué)模型研究
第五章 三維水沙運(yùn)動(dòng)的控制方程與求解
第一節(jié) 水流控制方程和壓力項(xiàng)分解
第二節(jié) 水流控制方程離散與求解
第三節(jié) 泥沙輸運(yùn)方程
第四節(jié) 定解條件
第五節(jié) SIMPLE格式發(fā)散的原因及改進(jìn)方案
第六節(jié) 不同步修正的實(shí)施和優(yōu)點(diǎn)
第七節(jié) 不同步修正避免計(jì)算發(fā)散的實(shí)例
第八節(jié) 本章小結(jié)
第六章 自由水面的確定
第一節(jié) 考慮動(dòng)水壓力梯度的自由水面計(jì)算
第二節(jié) 垂線平均流速的確定
第三節(jié) 引入動(dòng)水壓力梯度與無(wú)動(dòng)水壓力梯度的計(jì)算對(duì)比
第四節(jié) 本章小結(jié)
第七章 三維水流泥沙數(shù)學(xué)模型計(jì)算實(shí)例
第一節(jié) 三維水流模型在計(jì)算明渠流中的應(yīng)用
第二節(jié) 三維水流模型在計(jì)算復(fù)式斷面中的應(yīng)用
第三節(jié) 挖入式港池內(nèi)流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算
第四節(jié) 三維泥沙數(shù)學(xué)模型計(jì)算實(shí)例
第五節(jié) 本章小結(jié)
下篇 黃河治理開(kāi)發(fā)中的實(shí)用泥沙數(shù)學(xué)模型
第八章 黃河治理開(kāi)發(fā)中的人工智能體系
第一節(jié) 人工智能理論
第二節(jié) 人工智能概述
第三節(jié) 人工智能體系在治黃中的應(yīng)用
第九章 黃河與渭河下游河道人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型
第一節(jié) 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型特點(diǎn)
第二節(jié) 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在黃河下游的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用
第三節(jié) 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在渭河下游輸沙水量研究中的應(yīng)用
第十章 多泥沙游蕩河道中常洪水的演進(jìn)方法
第一節(jié) 研究方法的由來(lái)
第二節(jié) 洪水劃分
第三節(jié) 洪水演進(jìn)
第十一章 黃河下游河道沖淤平衡水沙關(guān)系初步研究
第一節(jié) 花園口斷面平衡含沙量的影響因素分析
第二節(jié) 花園口斷面平衡含沙量的函數(shù)關(guān)系
第十二章 主要結(jié)論及研究展望
第一節(jié) 主要結(jié)論
第二節(jié) 研究展望
參考文獻(xiàn)
Li模擬寬闊水域有橫向流時(shí)傾倒泥沙的淤積形態(tài)。將控制方程分解為三個(gè)部分：對(duì)流過(guò)程、擴(kuò)散過(guò)程和壓力傳播過(guò)程。計(jì)算得出了兩種不同的床面形態(tài)，并對(duì)其成因進(jìn)行了分析。Wu等發(fā)展的三維泥沙數(shù)學(xué)模型，其自由水面是求解沿水深方向平均的明渠流二維Poisson方程得到的，該方程由沿水深平均的二維動(dòng)量方程導(dǎo)出。用該模型計(jì)算180。彎道的泥沙輸移情況，同時(shí)包含推移質(zhì)和懸移質(zhì)，結(jié)果與實(shí)測(cè)值比較一致。Fang等在正交曲線坐標(biāo)系下，利用兩相流張量分析法導(dǎo)出控制方程，在給定自由水面和河底邊界條件下求解。計(jì)算得到的三峽工程建成后運(yùn)行若干年后的河床形態(tài)，與清華大學(xué)物理模型試驗(yàn)結(jié)果十分相似。
陸永軍根據(jù)紊流隨機(jī)理論，建立三維紊流泥沙數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用于三峽工程壩區(qū)泥沙沖淤問(wèn)題研究中，預(yù)測(cè)了三峽工程建成后壩區(qū)上游河段泥沙沖淤發(fā)展過(guò)程及其分布，河床淤積物級(jí)配及不同時(shí)期、不同高程的流場(chǎng)、含沙場(chǎng)等，計(jì)算結(jié)果與清華大學(xué)、長(zhǎng)江科學(xué)院、南京水利科學(xué)研究院物理模型試驗(yàn)值比較接近。夏云峰建立三維非交錯(cuò)網(wǎng)格水流泥沙數(shù)學(xué)模型，采用擬合曲線坐標(biāo)和垂向標(biāo)變換，用動(dòng)量插值方法計(jì)算交界面流速以避免波狀壓力場(chǎng)，由壓力校正法求解壓力一速度耦合問(wèn)題，成功模擬了長(zhǎng)江南京河段水流泥沙運(yùn)動(dòng)，結(jié)果可靠。馬福喜用具有浮力特性的k-s紊流模型研究水中拋沙時(shí)床面淤積特性，用破開(kāi)算子法將控制方程分為對(duì)流項(xiàng)、擴(kuò)散項(xiàng)和源項(xiàng)三部分，用有限差分法對(duì)控制方程求解。
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