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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

我国作为一个海洋大国，海洋资源的开发利用以及相关知识的研究对我国的发展起着举足轻重的地位。而在浅海的水体流动中，经常会遇到壁面粗糙度突变的情况，由于粗糙度的不连续，会对突变点下游水流的水位、流速分布等水动力特征产生重要的影响，因此研究壁面粗糙对水动力特征的影响有重要的意义。

国内外研究现状

由于壁面粗糙问题的重要性，国内外对该类问题的有不少的研究，李书芳, 胥战海等^[1]分析了壁面粗糙度突增后突变点下游的水流特征变化，认为粗糙度突增后摩阻流速迅速增大, 然后随着沿程距离的加长, 摩阻流速又缓慢减小, 最后趋于平缓, 接近粗糙壁面充分发展的紊流情况。杨纪伟^[2]等人利用计算流体力学软件Fluent中的VOF模型模拟了小尺度粗糙明渠水流流动，得到了不同水深的垂向流速分布、壁面切应力以及摩阻流速值。将数值计算结果与物理实验模型实验结果进行比较，发现Fluent可以较好模拟小尺度的粗糙明渠水流流动。张桂欣^[3] 等人应用激光测速仪在矩形水槽中实测了光滑和粗糙底板以及粗糙度突变情况下的时均流速分布, 根据实测资料分析了粗糙度突变以后流速在内区和外区沿程变化情况。发现在粗糙度改变后发展过程中的紊流, 其流速相比粗糙度改变前和充分发展的紊流小, 而在对数律区其流速增长最快。卢浩^[4]等人采用大涡模拟和浸没边界法相结合对不同高度和不同间距横向粗糙元壁面槽道湍流进行了模拟，得到了光滑壁面和粗糙壁面湍流的的流向平均速度分布，雷洛剪切应力，脉动速度均方根等，发现横向粗糙元降低了流向平均速度，增加了流动阻力，增强了法向脉动速度、粗糙元高度越高，对湍流的影响越大等结论。李佳佳^5]等人运用修正的S-A湍流模型，采用涡黏系数法建立了粗糙床面明渠水流数学模型，用该模型计算了速度、雷诺应力及形状应力的大小及分布并与实测值进行比较，此外还研究了底部障碍物的孔隙率分布情况对形状应力、雷诺应力以及垂线速度分布的影响，得到形状应力在障碍物分布层以内是不可忽略的，而在障碍物上部会迅速减小直至忽略不计；形状应力的存在造成障碍物顶部附近的雷诺应力明显减小，但在障碍物顶部以上至水面区域等结论。刘士和^[6]等人对复式明渠水流进行数值模拟，发现主槽粗糙度保持不变, 而滩地粗糙度增加时，主槽的过流能力增加；复式明渠主槽、滩地水流的流速不同, 主槽流速大, 滩地流速小。

2. 研究的基本内容

本论文任务主要针对一维浅水方程，利用fortran编程，实现数值求解：

(1)收集相关文献资料，总结国内外壁面粗糙对一维水动力影响的发展现状，并完成外文文献翻译。

(2)采用有限差分格式,并用fortran语言实现编程，将该格式运用到数值计算中；

(3)将该数值方法运用到实际问题中并分析实验结果；

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实行方案：

采用有限差分方法计算一维浅水方程，利用fortran语言实现其编程，设计数值实验来分析不同壁面粗糙度下的一维水动力特征。。

进度及预期效果：

1月18号—1月20号：查阅文献总结国内外壁面粗糙对一维水动力影响的发展现状，同时查阅英文文献，完成英文文献的翻译。

4. 参考文献

[1]李书芳,胥战海,杨纪伟.壁面粗糙度突增对明渠紊流边界层影响的数值模拟研究[j].中国农村水利水电,2009(11):47-49 52.

[2]杨纪伟,胥战海,滕丽娟.基于fluent的小尺度粗糙明渠紊流数值模拟[j].人民长江,2008(19):76-77 80 105.

[3]张桂欣,杨纪伟,李书芳.壁面粗糙度突变对明渠流速分布的影响[j].南水北调与水利科技,2006(04):63-65.

[4]卢浩,张会强,王兵,杨帆,王希麟.横向粗糙元壁面槽道湍流的大涡模拟研究[j].工程热物理学报,2012,33(07):1163-1167.