首页 理论教育浅水流动和物质输移扩散的数值模型优化

浅水流动和物质输移扩散的数值模型优化

【摘要】:但需要注意的是,连续方程式和运动方程式是相互耦合的。连续方程和运动方程的离散方程中,当采用线性化方法处理时,系数可由当前时刻的流场计算得到。第②、③步组成PISO循环,直至校正流速与预测流速之间的误差小于给定阈值。在PISO循环结束后,调用紊流模型和水质模型进行模拟,然后转入下一时间步的计算。

浅水流动的控制方程式(2)~(4)在数学形式上类似于可压缩二维流动控制方程组,且均具有式(1)的形式,因而很容易在Open FOAM中实现其求解过程,模型的建立过程类似于可压缩流动问题。但需要注意的是,连续方程式(2)和运动方程式(3)是相互耦合的(可称之为速度—水位耦合)。本文采用类似PISO算法的“速度—水位”预测校正法处理该耦合问题。

对连续方程(2)和运动方程(3)分别进行FVM离散,时间采用欧拉隐式方案(科氏力项为显式),得到

式中F=S(h U)f。通过对网格面上U f、(▽U)f的插值处理,可将变量全部代换为网格中心点的函数值,整理得到式(7)、式(8):

其中,。连续方程和运动方程的离散方程中,当采用线性化方法处理时,系数可由当前时刻的流场计算得到。PISO算法简述如下:①首先不考虑水位梯度项,根据式(8)预测下一时刻的流速;②利用所预测的流速,根据式(7)计算下一时刻的水位,其中界面通量F由预测流速插值求得;③最后根据式(8)对预测流速进行校正。第②、③步组成PISO循环,直至校正流速与预测流速之间的误差小于给定阈值。在PISO循环结束后,调用紊流模型和水质模型进行模拟,然后转入下一时间步的计算。