基于自适应三维自由面紊流模拟的抛石堤稳定性研究

本项目主要研究进展以及所取得的成果如下: 1) 提出了一种自适应四叉树网格下的N-S 方程数值求解模型．网格能够根据涡度值大小进行自动加密或合并，以达到在不显著增加计算量的前提下，提高重点区域分辨率的目的．模型中采用了无条件稳定的MacCormack格式计算对流项，采用修正的中心差分格式离散压力泊松方程，并提出了在树型网格下黏性项的变通离散格式；2) 提出了一种空间自适应的二维数值波浪水槽模型，并运用多重粒子level set方法解决多界面相交问题，运用自适应技术和多重level set方法可在自由表面和建筑物表面处进行加密；3）将二维自适应网格下的N-S方程计算模型拓展到三维，实现了波浪对方柱作用的数值模拟；4）提出了一种新型透空格栅板式防波堤结构，通过物理模型试验，分析该防波堤的消波性能，探讨相对上下板间距以及间隙率等尺寸参数对透射系数和反射系数的影响；5）基于分区并行的策略，提出了一种并行化的快速步进算法，与普通的快速步进法相比，并行化后的方法计算效率得到大幅提高，且保留原有算法计算精度；6）为研究水体紊动对泥沙释放污染物的影响,引入近似均匀紊流模拟装置,开展不同强度紊动作用下泥沙运动释放磷动态过程及基本规律的试验，通过耦合紊流模型、水流泥沙数学模型、污染物对流扩散模型和 Langmuir 吸附动力学方程建立了紊动作用下泥沙释放磷的垂向一维数学模型,针对试验条件进行数值模拟；7）依托本项目，发表论文6篇（含录用3篇），培养硕士研究生4名。