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第1章 绪论1

1.1 概述1

1.2 本书内容3

第2章 湍流的简介和分解4

2.1 湍流4

2.1.1 湍流的简介4

2.1.2 湍流的统计5

2.1.3 湍流的相关性5

2.1.4 湍流的能谱6

2.1.5 湍流的拟序结构——Q准则6

2.1.6 K41理论6

2.2 湍流的大涡模拟分解8

2.2.1 大涡模拟历史8

2.2.2 大涡模拟原理9

2.2.3 大涡模拟中的滤波10

2.2.4 湍动亚格子应力11

2.2.5 标量亚格子应力12

2.3 湍流的雷诺分解13

第3章 大涡模拟亚格子模型14

3.1 涡黏型模型14

3.1.1 Smorgisnky模型14

3.1.2 涡量模型16

3.1.3 拟序结构模型16

3.1.4 WALE模型16

3.1.5 动力模型16

3.2 尺度相似型模型19

3.2.1 Bardina模型19

3.2.2 混合模型20

3.3 结构函数型模型21

3.3.1 二阶结构函数模型21

3.3.2 过滤结构函数模型21

3.4 能量型模型22

3.4.1 Yishizawa模型22

3.4.2 Inagaki模型22

3.4.3 Sagaut模型22

3.5 一般形式的亚格子模型23

第4章 Hybrid RANS-LES模型24

4.1 DES模型24

4.1.1 基于S-A方程的DES类型模型24

4.1.2 基于S-A方程的DDES类型模型25

4.1.3 基于k-ωRAN方程IDDES模型26

4.2 SAS类型模型27

4.2.1 基于KE1E方程的SAS模型27

4.2.2 基于KE1E方程修正的SAS模型28

4.3 限制涡黏性系数类型模型28

4.4 嵌入式LES-RANS类型模型28

第5章 植被水流的控制方程和模化29

5.1 植被相关概念29

5.1.1 植被阻抗力29

5.1.2 植被刚度29

5.1.3 植被密度29

5.2 含植被水流N-S控制方程29

5.2.1 一般坐标下控制方程和湍动亚格子应力29

5.2.2 一般坐标下控制RANS方程30

5.3 含植被水流非静压水动力方程30

5.4 水流中植被的模化31

5.4.1 刚性植被模化31

5.4.2 柔性植被模化32

5.4.3 波浪中植被的模化34

5.4.4 湍流模型模化34

5.5 污染物在植被水流迁移控制方程的建立36

5.5.1 欧拉法37

5.5.2 拉格朗日法37

5.5.3 污染物扩散系数模化37

第6章 控制方程的离散和边界条件39

6.1 数值方法简介39

6.2 N-S控制方程离散40

6.2.1 单层σ坐标转换40

6.2.2 分步算法42

6.2.3 σ坐标转换的连续条件46

6.2.4 水平压力项的改进46

6.2.5 改进的分步算法47

6.2.6 三层σ坐标转换48

6.3 非静压水动力控制方程压力项离散50

6.4 污染物控制方程离散50

6.5 数值模拟的边界条件51

6.5.1 入流边界条件51

6.5.2 出流边界条件52

6.5.3 自由表面边界条件52

6.5.4 固体壁面边界条件54

6.5.5 动边界的处理方法54

6.5.6 污染物边界条件55

6.5.7 S-A模型边界条件55

6.5.8 拉格朗日模型边界条件55

第7章 模型的应用和工程实例56

7.1 沙丘地形明渠水流流动56

7.1.1 计算参数56

7.1.2 数值模拟结果57

7.2 波浪在障碍物中变形数值模拟61

7.2.1 计算参数61

7.2.2 数值模拟结果61

7.3 含淹没植被的明渠水流流动64

7.3.1 计算参数64

7.3.2 数值模拟结果64

7.4 部分刚性植被化的明渠水流流动65

7.4.1 计算参数65

7.4.2 数值模拟结果66

7.5 有限区域非淹没刚性部分植被水流流动69

7.5.1 计算参数69

7.5.2 数值模拟结果70

7.6 有限区域淹没柔性植被水流流动71

7.6.1 计算参数71

7.6.2 数值模拟结果72

7.7 淹没植被对波浪衰减过程数值模拟74

7.7.1 计算参数74

7.7.2 数值模拟结果75

7.8 污染物在刚性淹没植被迁移过程76

7.8.1 计算参数76

7.8.2 数值模拟结果76

7.9 河流岸滩菖蒲植被对河流流场的影响81

7.9.1 计算参数81

7.9.2 数值模拟结果82

7.10 河流死水区植被对水流交换能力影响数值模拟85

7.10.1 计算参数85

7.10.2 数值模拟结果86

7.10.3 现场应用89

参考文献92

附录A Fortran语言SEM子程序97

附录B Fortran语言干湿网格法子程序104

附录C 自由表面湍动涡黏性系数的推导106