【摘要】：推移質(zhì)運(yùn)動是自然界泥沙運(yùn)動的重要組成部分，也是山區(qū)河流河床演變、山洪與潰壩洪水輸沙過程的重要環(huán)節(jié)。以預(yù)測推移質(zhì)輸沙率均值為目標(biāo)建立起來的傳統(tǒng)推移質(zhì)輸沙公式缺乏推移質(zhì)運(yùn)動的細(xì)節(jié)，難以解釋推移質(zhì)運(yùn)動的大幅漲落。新興力學(xué)模型如宏觀兩相流守恒方程、介觀動理學(xué)模型和微觀單顆粒受力模型，也存在諸多苛刻假設(shè)，廣泛適用性受到限制。 本文從離散顆粒隨機(jī)模型出發(fā)，，考慮顆粒運(yùn)動的離散性和隨機(jī)性，同時以顆粒體系為研究對象，發(fā)展出既能夠描述顆粒運(yùn)動尺度特征又能跨越多個時間和空間尺度的隨機(jī)模型。結(jié)合單顆粒受力方程，給出適用于多個空間尺度的推移質(zhì)隨機(jī)力學(xué)模型。論文工作的創(chuàng)新性成果如下： (1)利用離散顆粒隨機(jī)模型給出推移質(zhì)通量停時的概率密度分布函數(shù)的解析解，并通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對推移質(zhì)通量停時分布進(jìn)行驗(yàn)證。理論和實(shí)驗(yàn)均表明，推移質(zhì)通量停時分布在輸沙強(qiáng)度較低時為雙隆起型，表明推移質(zhì)運(yùn)動中存在著由快慢兩種機(jī)制決定的時間尺度分離現(xiàn)象，且輸沙率增加時兩個尺度上的運(yùn)動發(fā)生了融合。Einstein理論預(yù)測的“通量停時為指數(shù)分布”僅在高輸沙率時存在； (2)理論推導(dǎo)得到了以時間平均法定義推移質(zhì)顆粒通量概率密度分布(PDF)的理論形式，表達(dá)了顆粒通量在各個時間尺度的運(yùn)動特征。雖然PDF的解析解尚難獲得，但本文得到了其方差的解析解。理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，推移質(zhì)通量脈動在時間尺度上具有三模式性，即不同模式下其通量脈動隨尺度變化的特征是不同的，并給出了初步的物理解釋；三模式性對推移質(zhì)運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)測量、理論建模和數(shù)值模擬的構(gòu)建提供了一些可以參考的原則。 (3)為得到推移質(zhì)運(yùn)動的空間特征，建立了離散顆粒隨機(jī)模型的多視窗模式，實(shí)現(xiàn)了對推移運(yùn)動顆粒數(shù)量的跨空間尺度的統(tǒng)計(jì)特征描述。顆�；顒有缘臐q落在空間尺度上也三模式性，空間漲落和時間漲落之間的關(guān)系需要進(jìn)一步研究。 (4)將離散顆粒隨機(jī)模型與單顆粒受力方程進(jìn)行耦合，對滾動為主的推移質(zhì)通量的空間變化特征進(jìn)行全面的描述。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TV142.2

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 范念念;從單顆粒受力到群體運(yùn)動特征的推移質(zhì)研究[D];清華大學(xué);2014年

本文編號：2521391