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內容簡介

《非結構網格計算格式研究及環境湍流模擬》對基於有限體積法下壓力校正法的非結構網格數值計算格式的性能進行瞭探討，首先針對對流項離散格式，對高階的QQUICK和NQQUICK格式來綜閤研究在非結構網格下的網格獨立性能、收斂性能、計算精度以及CPU耗時等，並與一階迎風格式（UDS）、中心差分格式（CDS）、混閤格式（HDS）、冪率格式（PDS）等進行瞭比較；其次分彆對方嚮導數法、格林函數法、仿動量插值法或正交校正法、法嚮導數法、簡化法嚮導數法、最小校正法、超鬆弛校正法或梯度復閤法等七種擴散通量計算方法進行瞭比較，包括計算精度、對網格變形的適應能力、收斂速度以及CPU耗時等。《非結構網格計算格式研究及環境湍流模擬》還將非結構網格優選的組閤計算格式應用到實際環境湍流的模擬中，並推導建立瞭新的水深平均二維顯格式代數應力模型（DEASM）；提齣瞭一種改進的三維顯格式主動標量通量代數應力模型（EASFM），以非結構網格對三維分層剪切繞流案例進行瞭數值模擬計算。
《非結構網格計算格式研究及環境湍流模擬》可供從事環境水利、環境工程、水動力與水環境模擬、計算水力學等領域的科研人員閱讀，亦可供大專院校、相關專業的高校教師、研究生作參考用書。

目錄

前言
第1章 基於非結構網格SMPLE類算法數值計算格式
1.1 研究進展
1.1.1 不可壓流的求解方法
1.1 _2非結構網格下的數值通量算法
1.2 基於SIMPLE類算法的非結構網格數值計算格式
1.2.1 基本方程
1.2.2 通用方程離散
1.2.3 壓力校正方程（SIMPLE、SIMPLEC算法）
1.2.4 邊界條件
1.2.5 綫性方程組求解
參考文獻

第2章 非結構網格下對流項離散格式的數值性能研究
2.1 方腔流算例
2.1.1 二維90方腔流算例（Re=1000和Re=3200）
2.1.2 二維30斜方腔流算例（Re-1000）
2.1.3 二維方腔流算例
2.2 汙染物的對流擴散算例
2.2.1 二維對流擴散方程算例
2.2.2 三維對流擴散方程算例
2.3 漸擴流算例
2.4 圓柱繞流算例
2.4.1 二維圓柱繞流算例
2.4.2 三維圓柱繞流算例
參考文獻

第3章 非結構網格下各種擴散項梯度計算方法的綜閤數值性能比較
3.1 泊鬆方程算例
3.1.1 各種校正方法下的泊鬆方程離散形式
3.1.2 二維泊鬆方程算例
3.1.3 三維泊鬆方程算例
3.2 不可壓方腔流算例
3.2.1 不同校正方法下的不可壓NS方程離散形式
3.2.2 二維方腔流算例
3.2 3三維方腔流算例
3.3 汙染物的對流擴散算例
3.3.1 二維對流擴散方程算例
3.3.2 三維對流擴散方程算例
參考文獻

第4章 非結構網格下多種壓力校正算法及其對速度和壓力欠鬆弛係數的影響研究
4.1 多種壓力校正算法
4.2 二維結構化網格
4.2.1 各種壓力校正算法在Re=100的15。～165。斜方腔流中的優劣性能比較
4.2.2 各種壓力校正算法在30斜方腔流下對速度欠鬆弛係數的影響
4.2.3 各種壓力校正算法在Re=100和Re=1000的30。斜方腔流下對壓力欠鬆弛係數的影響
4.3 二維非結構化網格
4.3.1 各種壓力校正算法在30。斜方腔流下對速度欠鬆弛係數的影響
4.3.2 各種壓力校正算法在30。斜方腔流下對壓力欠鬆弛係數的影響
4.4 三維非結構化網格
4.4.1 各種壓力校正算法在三維方腔流下對速度欠鬆弛係數的影響
4.4.2 各種壓力校正算法在三維方腔流下對壓力欠鬆弛係數的影響
參考文獻

第5章 非結構網格下淺水流及汙染物輸運模擬
5.1 淺水流水深平均的湍流模型
5.1.1 水深平均的定義和簡化假定
5.1.2 水深平均的混閤長模型
5.1.3 水深平均的k模型（EKE）
5.1.4 水深平均的代數應力模型（DASM）
5.1.5 水深平均的顯格式代數應力模型（DEASM）
5.1.6 方程統一的離散形式
5.1.7 水位校正方程
5.2 丁壩繞流數值模擬
5.2.1 基本方程
5.2.2 邊界條件
5.2.3 初始條件
5.2.4 計算結果
5.3 湄洲灣潮流及汙染物輸運的非結構網格數值模擬
5.3.1 湄洲灣潮流模擬
5.3.2 湄洲灣汙染物輸運模擬
參考文獻

第6章 改進的顯式代數應力通量模型及其三維非結構網格模擬
6.1 引言
6.2 顯格式代數應力通量模型進展簡述
6.2.1 雷諾應力顯格式代數應力模型進展
6.2.2 標量通量顯格式代數應力模型進展
6.3 改進的顯格式代數應力通量模型
6.3.1 顯格式雷諾應力的代數錶達式
6.3.2 改進的顯式主動標量通量代數錶達式的導齣
6.4 顯式代數應力通量模型的三維非結構網格模擬
6.4.1 基本方程
6.4.2 邊界條件
6.4.3 數值求解
6.4.4 剪切溫分層流和剪切溫分層繞流算例計算
參考文獻

精彩書摘

第1章基於非結構網格SIMPLE類算法
數值計算格式
在環境水力學問題研究中，數值模擬已經成為研究水體流動及物質輸運的一種極為重要的手段。相對於物理模型和現場試驗而言，它在時間和費用上均占有很大的優勢，因此得到瞭越來越廣泛的應用。近些年來，隨著數值求解技術的日臻完善和計算機技術的飛速發展，非結構化網格在水動力及汙染物輸運模擬中備受矚目。由於非結構化網格在單元剖分上非常靈活，網格形狀也不受限製，因而在貼閤復雜幾何邊界的能力上顯示齣非常強大的優勢。
目前，水流及物質輸運模擬的數值方法常用的有有限差分法、有限元方法、有限體積法、有限分析法、特徵綫法等。其中有限體積法源自錶達流體運動守恒規律的守恒型方程的數值求解，其優點是在一個控製體內進而在整個計算域內，所有的物理量均滿足積分守恒的性質，不存在守恒誤差，並且能正確計算間斷。此外，有限體積法既能體現有限元法的幾何靈活性又能發揮經典有限差分法的效率和守恒性，特彆是結閤非結構網格計算，能夠使得程序在通用性和擴展性方麵明顯增強，提高瞭計算模擬精度，並且在一定程度上剋服瞭計算過程中的非綫性乾擾。因此，非結構網格的有限體積法已經成為環境水力學數值模擬的主流方法之一，並在水流及物質輸運問題的計算中發揮瞭重要的作用。本章將結閤SIMPLE類算法著重介紹有限體積法下的非結構網格數值計算格式。

前言/序言

　　對水流及汙染物在水體中的輸運研究，數值模擬一直是其有力的手段。近年來，貼閤幾何邊界能力極強的非結構網格在水動力及水環境數值模擬中得到瞭越來越廣泛的應用，並逐漸成為環境水力模擬中的主流方法之一。非結構網格不僅大大增強瞭計算網格對復雜自然幾何邊界的貼閤能力，提高瞭單元剖分的靈活性和采用網格形狀的任意性，而且還使得程序在通用性和擴展性方麵顯著提高。但是由於非結構化網格幾何拓撲結構的復雜性，一些在結構網格下比較成熟的高階格式難以直接使用，因此探索非結構網格下計算精度較高、數值穩定性能良好的水流及汙染物輸運計算格式是一項十分迫切與有意義的工作。
　　本書基於有限體積法和SIMPLE類算法對非結構網格下水流及物質輸運模擬中的高精度計算格式作瞭較為深入的研究，將高階的QQUICK和NQQUICK格式與一階迎風格式（UDS）、中心差分格式（CDS）、混閤格式（HDS）、冪率格式（PDS）在非結構網格上的數值性能進行瞭探討；比較瞭方嚮導數法、格林函數法、仿動量插值法或正交校正法、法嚮導數法、簡化法嚮導數法、最小校正法、超鬆弛校正法或梯度復閤法等七種擴散通量計算方法；還將優選的非結構網格組閤計算格式應用到實際環境湍流的模擬中，同時推導建立瞭水深平均的二維顯式代數應力模型（[）EASM）；提齣瞭一種改進的三維顯式主動標量通量代數應力模型（。EAS-FM）。本書主要內容包括：
　　（1）第1章，基於非結構網格以有限體積法構建瞭SIMI’LE類算法通用離散方程式，給齣瞭QQUCK和NQ-QUICK兩種用於非結構網格下對流項計算的高階格式；介紹瞭七種擴散項通量計算方法：方嚮導數法、格林函數法、仿動量插值法或正交校正法、法嚮導數法、簡化法嚮導數法、最小校正法、超鬆弛校正法或梯度復閤法等，此外還推導瞭各種法嚮導數計算方法下對應的非齊次NeHITIYnan邊界條件的實施過程。
　　（2）第2章，首先從二維和三維方腔流人手，綜閤研究QQUICK和：NQ-QUICK兩種格式在非結構網格下的網格獨立性能、收斂性能、計算精度以及CPU耗時，並與一階迎風格式（UDS）、中心差分格式（CDS）、混閤格式（HDS）、冪率格式（PDS）等進行瞭比較。緊接著從汙染物的對流擴散輸運問題齣發，進一步分析瞭這兩種高階計算格式在對流擴散方程中的數值特性。最後將該高階格式應用於漸擴流和圓柱繞流中，並對計算的結果進行瞭分析和比對。
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