内外模分离的三维浅水数学模型及通量格式研究

作     者：宗思远 许栋 应超 及春宁 冉启华 

作者机构：天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室 河海大学水利部水循环与水动力系统重点实验室 浙江省水利河口研究院(浙江省海洋规划设计研究院) 

出 版 物：《水动力学研究与进展A辑》 (Chinese Journal of Hydrodynamics)

年 卷 期：2024年

学科分类：080103[工学-流体力学] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 081502[工学-水力学及河流动力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(52179076 51979186) 

主　　题：三维浅水方程 有限体积法 非结构网格 通量离散格式 

摘      要：该文建立了一种基于非结构化网格有限体积法的三维浅水流动模型。首先，通过联合求解内外模式的控制方程，利用外模式计算垂向积分方程以获取水位，再将其代入内模式求解三维浅水运动控制方程，得到流速的垂向分布，并应用k-ε紊流模型进行紊流封闭。水平方向上采用三角形网格，以获得更好的边界拟合效果；垂向方向上采用σ坐标系，以适应地形和水面起伏。为了优选精度高、计算速度快且易于编程实现的通量计算格式，该文对HLLC格式、Osher格式、FVS格式和Roe格式4种水平通量计算格式进行比较研究，并针对溃坝、干河床斜底溃坝和风生流过程进行了测试验证。结果表明，HLLC格式计算高效，能够很好地适应干湿变化且精度较高。最后，利用HLLC格式模拟经典航槽流动，进一步证实所建立的浅水模型具备模拟复杂三维分层流动的能力。