基于不連續(xù)Galerkin方法的淺水運動模擬
定 價:88 元
- 作者:阿卜杜勒?A.可汗,賴文聰
- 出版時間:2020/9/15
- ISBN:9787517086239
- 出 版 社:中國水利水電出版社
- 中圖法分類:TV139.2
- 頁碼:152頁
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:16K
本書圍繞不連續(xù)Galerkin方法的理論基礎(chǔ)與實際應(yīng)用, 介紹了不連續(xù)Galerkin方法的發(fā)展歷程及一般計算步驟, 重點闡述了該方法在一維、二維淺水運動模擬及污染物輸移模擬中的應(yīng)用, 提供了一系列用于數(shù)值模型精度檢驗的經(jīng)典測試案例, 并討論了不連續(xù)Galerkin方法的特點。
數(shù)值模擬已經(jīng)成為水資源項目規(guī)劃、設(shè)計、評估,特別是河流動力學(xué)專業(yè)研究和工作中不可或缺的一部分。大部分河流和近海岸帶水流運動屬于淺水流。淺水流的控制方程屬于雙曲型方程,因而在數(shù)值模擬方面需要特別注意。應(yīng)用于淺水流的數(shù)值方法必須能夠捕獲激波并能夠處理干/濕邊界。近20余年來,有限差分法、有限體積法和有限元方法在淺水流模擬中已得到廣泛應(yīng)用。隨著計算建模領(lǐng)域的不斷發(fā)展,這些領(lǐng)域的新技術(shù)也正在被開發(fā)。同時,有望應(yīng)用于模擬淺水流的新型計算方法也正在研發(fā)中,本書提出的不連續(xù)Galerkin方法就是這樣的一種方法。
本書介紹了不連續(xù)Galerkin方法在淺水流模擬中的應(yīng)用并提供了實現(xiàn)該方法的必要背景信息。本書研究了一維和二維淺水流動,并用深度平均流動方程表示(在一維淺水流的情況下取斷面平均),討論了淺水流方程式的不同形式及其求解方法,提供了實施該方法的詳細(xì)步驟。本書可供研究生學(xué)習(xí),也可供工程師和研究人員參考。
本書提供了作者努力收集到的多個試驗算例。這些試驗算例驗證了不連續(xù)Galerkin方法在淺水流模擬中的有效性。讀者可以在研究不連續(xù)Galerkin方法時使用這些試驗并和本書結(jié)果進(jìn)行比較。另外,這些試驗算例為驗證新方法提供了一個很好的平臺。
Abdul A.Khan博士為美國克萊姆森大學(xué)(南卡羅來納州)土木工程系的副教授,他獲得了加拿大埃德蒙頓阿爾伯塔大學(xué)博士學(xué)位。Khan博士先后在美國國家水文科學(xué)與工程計算中心與密西西比大學(xué)工作。他在河流水力學(xué)、潰壩流和沉積物的模擬計算領(lǐng)域中的研究工作已超過20年,在期刊上發(fā)表了近50篇相關(guān)研究的文章,其中包括多篇關(guān)于河流洪水和潰壩水流模型的論文。Khan博士最近與其他學(xué)者合作編寫了一本書《泥沙運移監(jiān)測、建模和管理》(Nova Science出版社,2013年)。
Wencong Lai博士本科畢業(yè)于華中科技大學(xué)(2008年),先后于美國克萊姆森大學(xué)獲得土木工程應(yīng)用流體力學(xué)專業(yè)的碩士學(xué)位(2010年)和博士學(xué)位(2012年)。他現(xiàn)在是懷俄明大學(xué)的一名博士后研究人員和CI -WATER高分辨率多物理流域建模團(tuán)隊的成員。Lai博士的研究重點是計算水力學(xué)和水文學(xué)。他開發(fā)了使用不連續(xù)Galerkin有限元法模擬自然河流和流域中一維和二維淺水流的數(shù)值模型。Lai博士是美國地球物理學(xué)會(AGU)會員。
譯者序
前言
第1章 導(dǎo)論
1.1 歷史概述
1.2 本書架構(gòu)
參考文獻(xiàn)
第2章 不連續(xù)Galerkin方法的一般步驟
2.1 守恒形式方程
2.1.1 不連續(xù)Galerkin方法的步驟
2.1.2 數(shù)值通量
2.2 形狀函數(shù)
2.2.1 一維形狀函數(shù)
2.2.2 二維形狀函數(shù)
2.3 等參數(shù)映射
2.3.1 一維等參數(shù)映射
2.3.2 二維等參數(shù)映射
2.3.3 使用等參數(shù)映射的積分計算
2.4 數(shù)值積分
2.4.1 一維高斯積分
2.4.2 三角形單元的二維高斯積分
2.5 近似黎曼求解器
2.5.1 HLL通量
2.5.2 HLLC通量
2.5.3 Roe通量
2.6 時間積分
2.6.1 非總變差減小(Non《基于-TVD)的時間積分
2.6.2 總變差減。═VD)的時間積分
參考文獻(xiàn)
第3章 一維非守恒方程的不連續(xù)Galerkin方法
3.1 常微分方程的不連續(xù)Galerkin方法
3.2 一維線性對流
3.3 一維瞬態(tài)擴散
3.4 一維穩(wěn)態(tài)擴散
參考文獻(xiàn)
第4章 一維守恒定律
4.1 伯格斯方程
4.1.1 伯格斯方程的屬性
4.1.2 伯格斯方程的不連續(xù)Galerkin方法求解步驟
4.2 總變差減小斜率限制器
4.2.1 總變差減小方法
4.2.2 總變差減小斜率限制器的公式
4.3 矩形渠道的淺水流方程
4.4 淺水流方程的不連續(xù)Galerkin方法
4.4.1 矩形渠道中的淺水流方程
4.4.2 數(shù)值通量
4.4.3 干河床處理
4.4.4 初始條件和邊界條件
4.5 數(shù)值試驗
4. 5.1 矩形渠道的理想潰壩
4.5.2 存在河床摩阻力的矩形水槽潰壩
4.5.3 水躍
4.5.4 單駝峰淺水流
4.5.5 不規(guī)則河床淺水流
4.5.6 拋物線形河床上的干濕交替流
參考文獻(xiàn)
第5章 非矩形河道的一維淺水流模擬
5.1 圣維南方程的一般形式
5.2 求解圣維南方程的不連續(xù)Galerkin方法
5.3 數(shù)值試驗
5.3.1 不同橫斷面形狀水平河道中的潰壩
5.3.2 漸擴河道中的水躍
5.3.3 水道試驗站潰壩試驗
5.3.4 漸縮/漸擴河道中的潰壩試驗
5.3.5 提頓大壩潰壩
5.3.6 托切河試驗
……
第6章 二維守恒定律
第7章 水平河道的二維淺水流模擬
第8章 不規(guī)則河道的二維淺水流模擬
第9章 污染物運移
第10章 總結(jié)