比较式(5.15)~式(5.21),发现它们的形式是相似的,可表达成如下的通用格式:
在数值计算时,只需对式(5.24)编制一个通用程序,所有控制方程均可用此程序求解。这里,Γ为扩散系数;C为源项。
根据控制方程的特点布置如图5.1所示的交错网格,即纵向流速u、横向流速v、水深h、含沙量S、推移质输沙率gb、河床冲淤厚度Z等物理量并不布置在同一网格上,并使进出口边界通过纵向流速的计算点,固壁通过横向流速的计算点,网格的疏密程度视物理量变化程度而定。
图5.1 ζ—η坐标系下节点布置
利用控制体积法离散控制方程[26,27]。将计算区域划分成一系列连续但互不重合的有限体积——控制体积,每个控制体积内包含一个计算节点,得出一组离散方程,其中未知数是网格节点上因变量ψ的值。本文将控制面布置在相邻节点的中间,并且根据对流—扩散方程解的特点,设节点间物理量按幂函数规律变化[26],与对流及扩散强度有关。
由通用微分方程式(5.24)可以看出,各方程的主要差别在源项上,源项通常是因变量的函数,为了使数值计算收敛加快,在进行具体计算之前,常常对源项进行负坡线性化处理,即
为了保证收敛,要求Cp≤0,运动方程及含沙量方程含有源项,经负坡线性化后,各方程的Cc及Cp一并列于表5.1。
表5.1 各方程负坡线性化汇总
将控制方程在控制体积内积分,得到一组代数方程组,解此代数方程组,就可得到所求问题的解,方程(5.24)的离散形式如下:
式中 De、Dw、Dn、Ds——各控制面上的扩散值;
Fe、Fw、Fn、Fs——各控制面上的对流强度;
Pe、Pw、Pn、Ps——各控制面上的Peclect数;(www.xing528.com)
Δξ——控制面的长度。
可分别表示为
式中 ue、uw、un、us——垂直控制面的速度;
Γe、Γw、Γn、Γs——控制面上的扩散系数;
Δη——控制面的长度;
δξe、δξw、δξn、δξs——相邻节点之间的距离。
从控制方程看,没有专门的方程确定水深,然而水流是必然满足连续方程的,基于这个考虑,令
式中 h'——水深校正值。
同样,引入速度的修正值
根据Patankar压力校正法(水深校正)(即SIMPLE-C算法)原理,水深校正方程为
式中 αE、αW——u方程相邻节点系数之和;
αN、αs——v方程相邻节点系数之和。
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