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溃坝水流数值计算的非结构有限体积模型

宋利祥,  周建中,  王光谦,  王玉春,  廖力,  谢田

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宋利祥, 周建中, 王光谦, 王玉春, 廖力, 谢田. 溃坝水流数值计算的非结构有限体积模型[J]. 水科学进展, 2011, 22(3): 373-381.
引用本文: 宋利祥, 周建中, 王光谦, 王玉春, 廖力, 谢田. 溃坝水流数值计算的非结构有限体积模型[J]. 水科学进展, 2011, 22(3): 373-381.
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SONG Li-xiang, ZHOU Jian-zhong, WANG Guang-qian, WANG Yu-chun, LIAO Li, XIE Tian. Unstructured finite volume model for numerical simulation of dam-break flow[J]. Advances in Water Science, 2011, 22(3): 373-381.
Citation: SONG Li-xiang, ZHOU Jian-zhong, WANG Guang-qian, WANG Yu-chun, LIAO Li, XIE Tian. Unstructured finite volume model for numerical simulation of dam-break flow[J]. Advances in Water Science, 2011, 22(3): 373-381.
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溃坝水流数值计算的非结构有限体积模型

  • 1.

    华中科技大学水电与数字化工程学院, 湖北武汉430074;

  • 2.

    清华大学水利水电工程系, 北京100084

基金项目: 国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2007CB714107);水利部公益性行业科研专项经费资助项目(200701008)
详细信息
    作者简介:

    宋利祥(1985- ),男,湖南郴州人,博士研究生,主要从事溃坝灾害研究.E-mail:dambreak@126.com

    通讯作者:

    周建中,E-mail:jz.zhou@hust.edu.cn

  • 中图分类号: TV131.2

Unstructured finite volume model for numerical simulation of dam-break flow

  • 1.

    School of Hydropower and Information Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;

  • 2.

    Department of Hydraulic Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China

Funds: The study is financially supported by the National Basic Research Program of China(No.2007CB714107) and the National Non- Profit Research Program of China(No.200701008).

  • 摘要: 针对溃坝洪水数值计算面临不规则边界和复杂地形等问题,建立了三角形网格下求解二维浅水方程的高精度Godunov型有限体积模型。空间上,引入变量重构和限制器技术,采用HLLC近似Riemann算子计算数值通量;时间上,采用Hancock预测-校正法。将底高程定义于单元顶点,结合单元水位～体积关系,提高了干湿界面处理能力。采用单元中心型底坡项近似,并通过构造通量修正项,保证了格式的和谐性。分析并采用改进的半隐式格式解决了摩阻项可能引起的刚性问题。算例研究结果表明,模型稳定,和谐性好,具有较好的推广应用价值。
    Abstract: A highperformance Godunovtype finite volume scheme is proposed for numerical simulation of dambreak flow over highly irregular terrain with complex geometries.The scheme is used to solve the twodimensional shallow water equations on triangular grids.Using the variable reconstruction and limiter techniques,the numerical flux can be calculated with the HLLC (HartenLaxvan LeerContact) solver.The Hancock predictorcorrector method is adopted for time stepping.The bed elevation is assigned to the vertices of grids,which is beneficial to wet/dry fronts treatments.The flux correction terms combined with the central approximation for the central bed slope source term can preserve a wellbalanced property.The stiff problem due to the friction term is investigated,and a semiimplicit scheme is proposed to treat the issue.Numerical results from test examples show that the new scheme is stable,robust,and wellbalanced,thus having a wide range of application prospects.
  • [1] 夏军强,王光谦,LIN Bin-liang,等.复杂边界及实际地形上溃坝洪水流动过程模拟[J].水科学进展,2010,21(3):289-298.(XIA Jun-qiang,WANG Guang-qian,LIN Bin-liang,et al.Two-dimensional modelling of dam-break floods over actual terrain with complex geometries using a finite volume method[J].Advances in Water Science,2010,21 (3):289-298.(in Chinese))
    [2] 王鑫,曹志先,岳志远.强不规则地形上浅水二维流动的数值计算研究[J].水动力学研究与进展:A辑,2009,24(1):56-62.(WANG Xin,CAO Zhi-xian,YUE Zhi-yuan.Numerical modeling of shallow flows over irregular topography[J].Chinese Journal of Hydrodynamics,2009,24(1):56-62.(in Chinese))
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    [20] 潘存鸿, 林炳尧, 毛献忠.  一维浅水流动方程的Godunov格式求解 . 水科学进展, 2003, 14(4): 430-436.
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-05-07
  • 刊出日期:  2011-05-25

溃坝水流数值计算的非结构有限体积模型

  • 1. 华中科技大学水电与数字化工程学院, 湖北武汉430074;
  • 2. 清华大学水利水电工程系, 北京100084
    • 基金项目:  国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2007CB714107);水利部公益性行业科研专项经费资助项目(200701008)
    作者简介:

    宋利祥(1985- ),男,湖南郴州人,博士研究生,主要从事溃坝灾害研究.E-mail:dambreak@126.com

    通讯作者: 周建中,E-mail:jz.zhou@hust.edu.cn
  • 收稿日期: 2010-05-07
  • 刊出日期: 2011-05-25

  • 中图分类号: TV131.2

摘要: 针对溃坝洪水数值计算面临不规则边界和复杂地形等问题,建立了三角形网格下求解二维浅水方程的高精度Godunov型有限体积模型。空间上,引入变量重构和限制器技术,采用HLLC近似Riemann算子计算数值通量;时间上,采用Hancock预测-校正法。将底高程定义于单元顶点,结合单元水位～体积关系,提高了干湿界面处理能力。采用单元中心型底坡项近似,并通过构造通量修正项,保证了格式的和谐性。分析并采用改进的半隐式格式解决了摩阻项可能引起的刚性问题。算例研究结果表明,模型稳定,和谐性好,具有较好的推广应用价值。

English Abstract

宋利祥, 周建中, 王光谦, 王玉春, 廖力, 谢田. 溃坝水流数值计算的非结构有限体积模型[J]. 水科学进展, 2011, 22(3): 373-381.
引用本文: 宋利祥, 周建中, 王光谦, 王玉春, 廖力, 谢田. 溃坝水流数值计算的非结构有限体积模型[J]. 水科学进展, 2011, 22(3): 373-381.
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SONG Li-xiang, ZHOU Jian-zhong, WANG Guang-qian, WANG Yu-chun, LIAO Li, XIE Tian. Unstructured finite volume model for numerical simulation of dam-break flow[J]. Advances in Water Science, 2011, 22(3): 373-381.
Citation: SONG Li-xiang, ZHOU Jian-zhong, WANG Guang-qian, WANG Yu-chun, LIAO Li, XIE Tian. Unstructured finite volume model for numerical simulation of dam-break flow[J]. Advances in Water Science, 2011, 22(3): 373-381.
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