Инд. авторы:	Чуруксаева В.В., Старченко А.В.
Заглавие:	Математическая модель и численный метод для расчета турбулентного течения в русле реки
Библ. ссылка:	Чуруксаева В.В., Старченко А.В. Математическая модель и численный метод для расчета турбулентного течения в русле реки // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. - 2015. - № 6. - С.100-114. - ISSN 1998-8621. - EISSN 2311-2255.
Внешние системы:	DOI: 10.17223/19988621/38/12; РИНЦ: 25302182;
Реферат:	rus: Представлена математическая модель и численный метод для исследования турбулентных течений в речных потоках на основе приближения мелкой воды. Модель строится с учетом наиболее важных явлений, влияющих на течение в природных водоемах. В модель также включена осредненная по глубине версия двухпараметрической модели турбулентности с дополнительными слагаемыми генерации турбулентности за счет трения речного потока о дно русла. Результаты расчетов турбулентного течения в открытых каналах и стационарного турбулентного течения в неглубокой реке анализируются и сравниваются с результатами измерений, а также расчетами других авторов. eng: A mathematical model and a computational method for numerical investigation of turbulent river streams are proposed. The mathematical model is based on the shallow water approach. The model takes into account the influence of bottom friction, wind friction, Coriolis force, and complex geometry of the river bed with inflows and irregular bathymetry. A depth-averaged version of the k-epsilon turbulence model with a specific term for the generation of turbulence by the river bottom friction is used to describe the turbulent structure of the flow. The numerical method for solving discretized equations is a modification of the SIMPLE algorithm proposed by Patankar. A novel feature of the algorithm is considering the water depth variation in the equations of the model. The model and the method proposed were applied to computations of a turbulent flow in laboratory open channels and of steady flow in a shallow river with a sharply curved bed. Computations of the flow in the laboratory channel show a good agreement with the experimental observations and results from references. The results of the calculations of the flow in an S-shaped river flow represent flow patterns observed in studying river flows and show agreement with general concepts.
Ключевые слова:	mathematical modeling of a river stream; shallow water approach; turbulent flow; finite volume method; математическое моделирование речного потока; приближение мелкой воды; турбулентное течение; pollutant transport; распространение примеси; метод конечного объема;
Издано:	2015
Физ. характеристика:	с.100-114
Цитирование:	1. Седов Л.И. Механика в СССР за 50 лет. М.: Рипол Классик, 2013. 886 с. 2. McGuirk J.J., Rodi W. A depth-averaged mathematical model for the near field of side discharges into open channel flow // Journal of Fluid Mechanics. 1978. V. 88. P. 761-781. 3. Chu V.H., Babarutsi S. Confinement and bed-friction effects in shallow turbulent mixing layers // Journal of Hydraulic Engineering. 1988. V. 10. No. 114. P. 1257-1274. 4. Yu L., Zhu S.P. Numerical Simulation of Discharged Waste Heat and Contaminants into the South Estuary of the Yangtze River // Mathematical and Computer Modelling. 1993. V. 18. No. 12. P. 107-123. 5. Olsen N.R.B., Stokseth S. Three-dimensional numerical modelling of water flow in a river with large bed roughness // Journal of Hydraulic Research. 1995. V. 33. P. 571-581. 6. Hou J., Simons F., Mahgoub M., and Hinkelmann R. A robust well-balanced model on unstructured grids for shallow water flows with wetting and drying over complex topography // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2013. No. 257. P. 126-149. 7. Chaouat B., Schiestel R. Reynolds stress transport modelling for steady and unsteady channel flows with wall injection // Journal of Turbulence. 2002. V. 3. P. 1-16. 8. Kang S., Lightbody A., Hill C., and Sotiropoulos F. High-resolution numerical simulation of turbulence in natural waterways // Advances in Water Resources. 2011. V. 34. P. 98-113. 9. Kang S., Sotiropoulos F. Numerical modeling of 3D turbulent free surface flow in natural waterways // Advances in Water Resources. 2012. No. 40. P. 23-36. 10. Sandiv S.K., Sotiropoulos F., and Odgaard A.J. Three-Dimensional Numerical Model for Flow through Natural Rivers // Journal of Hydraulic Engeneering. January 1998. V. 124. No. 1. P. 13-24. 11. Duc B., Wenka T., and Rodi W. Numerical Modeling of Bed Deformation in Laboratory Channels // Journal of Hydraulic Engineering. September 2004. V. 9. P. 894-904. 12. Uijttewaal W.S.J. Hydrodynamics of shallow flows: application to rivers // Journal of Hydraulic Research. 2014. V. 52. No. 2. P. 157-172. 13. Роди В. Модели турбулентности окружающей среды // Методы расчета турбулентных течений. М.: Мир, 1984. С. 276-278. 14. Sauvaget P., David E., and Soares C. Modelling tidal currentsonthe coasr of Portugal // Coastal Engineering. 2000. No. 40. P. 393-409. 15. Finaud-Guyot P., Delenne C., Guinot V., and Llovel C. 1D-2D coupling for river flow modeling // Comptes Rendus Mecanique. 2011. No. 339. P. 226-234. 16. Любимова Т.П., Лепихин А.П., Паршакова Я.Н., Тиунов А.И. Численное моделирование разбавления и переноса высокоминерализованных рассолов в турбулентных потоках // Вычислительная механика сплошных сред. 2010. Т. 3. № 4. С. 68-79. 17. River2D Hydrodynamic Model for Fish Habitat [Электронный ресурс] // River2D: [сайт]. [2002]. URL: http: //www.river2d.ualberta.ca/ (дата обращения: 10.06.2015). 18. Yu L., Righetto A.M. Depth-averaged k-omega turbulence model and application // Advances in Engineering Software. 2001. No. 32. P. 375-394. 19. Barbarutsi S., Chu V.H. A two-length-scale model for quasi two-dimensional turbulent shear flows // Proc. 24th congr. of IAHR. 1991. V. C. P. 51-60. 20. Babarutsi S., Chu V.H. Modelling transverse mixing layer in shallow open-channel flows // Journal of Hydraulic Engineering. 1998. V. 7. No. 124. P. 718-727. 21. Babarutsi S., Nassiri M., and Chu V.H. Computation of shallow recirculating flow dominated by friction // Journal of Hydraulic Engineering. 1996. V. 122. No. 7. P. 367-372. 22. Чоу В.Т. Гидравлика открытых каналов. М.: Госстройиздат, 1969. 462 с. 23. Launder B.E., Spalding D.B. The numerical computation of turbulent flows // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 1974. V. 2. No. 3. P. 269-289. 24. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.: Энергоатомиздат, 1984. 25. van Leer B. Towards the Ultimate Conservative Difference Scheme, V. A Second Order Sequel to Godunov's Method // Journal of Computational Physics. 1979. No. 32. P. 101-136. 26. Cea L., Puertas J., and Vazquez-Cendon M.E. Depth averaged modelling of turbulent shallow water flow with wet-dry fronts // Archives of Computational Methods in Engineering. September 2007. V. 14. No. 3. P. 303-341. 27. Cea L., Vazquez-Cendon M.E. Unstructured finite volume discretisation of bed friction and convective flux in solute transport models linked to the shallow water equations // Journal of Computational Physics. 2012. No. 231. P. 3317-3339. 28. de Vriend H.J. and Geldof H.J. Main flow velocity in short and sharply curved river bends // Department of Civil Engineering Delft University of Technology, Delft, 83, 1983.