基于SPH方法的涌潮水动力与局部冲淤数值模拟研究

基本信息
批准号:51809238
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:倪兴也
学科分类:
依托单位:河海大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:黄世昌,姚文伟,应超,赵鑫,刘勇
关键词:
NS方程耦合模型涌潮局部冲淤光滑粒子流体动力学
结项摘要

A tidal bore is a spectacular hydrodynamic phenomenon which is commonly formed in the funnel-shaped estuaries with large tidal range during the spring tide. The Qiantang River Tidal Bore in the Hangzhou Bay is one of the most famous, known for its tremendous momentum, as well as the natural scenarios and historical culture. However, the powerful energy of the tidal bore is also a severe threat to the security of civilians and facilities along the river. In this project, a small scale numerical model for the simulation of tidal bore, river bed and structures interaction will be implemented based on a meshfree method called Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH). The propagation and evolution of the tidal bores will be represented, taking advantage of SPH method in dealing with highly nonlinear and distorted free surface and multi-phase flows. The coupled water-sediment simulation will be achieved owing to the Lagrangian feature of SPH method. This project will reveal the small scale hydrodynamic structures in side of the highly nonlinear tidal bores and deepen the understanding of induced local scour and deposition. This project will also further contribute to the development of the theoretical model and numerical technique of SPH method, broaden its application field, show a new way for tidal bore simulation and provide scientific reference basis and technical supports for riverway planning and dike designing.

在潮差较大的喇叭形河口地区,涨潮过程中经常可以形成涌潮这一壮观的自然现象,其中以我国杭州湾地区的钱塘江涌潮最为著名。涌潮气势磅礴,是重要的自然和人文景观,但其蕴含的巨大能量严重威胁了沿岸群众和生产生活设施的安全。本项目拟基于一种无网格粒子法,即光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法,建立小尺度的涌潮-河床-结构物耦合数值模型,充分利用SPH方法在处理强非线性、大变形自由表面流以及多相流界面等方面的数值优势模拟涌潮潮头的运动演化过程,借助SPH方法的拉格朗日特性实现水沙二相的耦合模拟。本项目的研究有助于揭示强非线性涌潮潮头内部的水动力结构特征与河床冲淤动力机制,同时也为涌潮数值模拟研究提供新思路和新方法,进一步推进无网格数值方法在河口海岸水动力数值模拟中的应用,为河道规划、海塘设计等工作提供科学的参考依据和技术支撑。

项目摘要

在潮差较大的喇叭形河口地区,涨潮过程中经常可以形成涌潮这一壮观的自然现象,其中以我国杭州湾地区的钱塘江涌潮最为著名。涌潮气势磅礴,是重要的自然和人文景观,但其蕴含的巨大能量严重威胁了沿岸群众和生产生活设施的安全。本项目基于一种无网格粒子法,即光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法,结合SPH开边界技术,实现了小尺度涌潮的高精度模拟,探究了涌潮潮头的水动力结构特征,包括潮头波浪的翻卷及其触发的偶极子结构、紊流拟序结构的发育和演化规律、物质掺混和输运特征等。基于传统SPH水动力模型,通过引入泥沙浓度变量和土力学本构模型,提出了SPH框架下“悬移质-底沙”联合模拟的解决方案,揭示了不同含沙浓度水体的动力特征、以及不同状态下的泥沙在对流、扩散和沉降机制综合作用下的相互转化过程。运用水-沙-结构物耦合模型,模拟和研究了强漩滚涌潮和波浪卷破等强非线性水动力条件下泥沙的起动、输运和落淤特征。本项目的研究揭示了强非线性涌潮潮头内部的水动力结构特征与河床冲淤动力机制,同时也为涌潮数值模拟研究提供了新思路和新方法,进一步推进了无网格数值方法在河口海岸水动力数值模拟中的应用,为河道规划、海塘设计等工作提供了科学的参考依据和技术支撑。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

DOI:10.16285/j.rsm.2019.1280
发表时间:2019
2

Asymmetric Synthesis of (S)-14-Methyl-1-octadecene, the Sex Pheromone of the Peach Leafminer Moth

Asymmetric Synthesis of (S)-14-Methyl-1-octadecene, the Sex Pheromone of the Peach Leafminer Moth

DOI:
发表时间:
3

中国参与全球价值链的环境效应分析

中国参与全球价值链的环境效应分析

DOI:10.12062/cpre.20181019
发表时间:2019
4

基于公众情感倾向的主题公园评价研究——以哈尔滨市伏尔加庄园为例

基于公众情感倾向的主题公园评价研究——以哈尔滨市伏尔加庄园为例

DOI:
发表时间:2022
5

Identification of the starting reaction position in the hydrogenation of (N-ethyl)carbazole over Raney-Ni

Identification of the starting reaction position in the hydrogenation of (N-ethyl)carbazole over Raney-Ni

DOI:
发表时间:2015

倪兴也的其他基金

相似国自然基金

1

黄河中游水库泥沙冲淤的三维数值模拟方法研究

批准号:50379027
批准年份:2003
负责人:陆永军
学科分类:E0903
资助金额:21.00
项目类别:联合基金项目
2

涌潮水流及其引发的河床渗流对圆柱桥墩局部河床冲刷影响机理研究

批准号:51609214
批准年份:2016
负责人:张芝永
学科分类:E0903
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
3

凝胶推进剂雾化的SPH数值模拟方法与实验研究

批准号:51276192
批准年份:2012
负责人:强洪夫
学科分类:E0604
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
4

往复潮流输沙作用下桩基局部冲淤发展过程与机理

批准号:51609096
批准年份:2016
负责人:黄李冰
学科分类:E0903
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目