在自然界中河流彎道是普遍存在的,彎段和直段可以說是河道的基本構(gòu)成單元。理想化彎道水流泥沙運動的規(guī)律是研究天然河流中水流泥沙運動的理論基礎。研究彎道水流泥沙運動的傳統(tǒng)方法是采用相似準則取一定比尺的物理模型試驗來進行的。雖然物理模型試驗自身有許多優(yōu)點,但也存在很多不足。隨著科技的發(fā)展,尤其是計算機技術(shù)的進步,數(shù)值模擬已經(jīng)成為研究彎道水流泥沙運動規(guī)律的一個重要方法,并且得到廣泛的應用。彎道水流泥沙運動有著自身獨特的邊界條件和幾何特征,由于離心力的存在,使得水流在彎道內(nèi)出現(xiàn)了水面超高現(xiàn)象,從而產(chǎn)生了徑向的壓力差。在離心力和徑向壓力差的相互作用下,彎道水流產(chǎn)生了特有的運動方式——彎道環(huán)流運動,即在彎道中水流呈現(xiàn)復雜的三維螺旋流運動。由于彎道橫向環(huán)流的存在,從而引起了泥沙的橫向輸運,造成了彎道凹岸側(cè)沖刷、凸岸側(cè)淤積的沖淤特性。本文從理論上對彎道水力特性、泥沙輸運進行了分析,并闡述了彎道彎曲度對彎道水力特性和泥沙輸運的影響。本文利用軟件MIKE3中的水動力模型和泥沙輸運模型進行三維數(shù)值模擬研究。水動力模型的控制方程為連續(xù)性方程和動量守恒方程,并且采用k-?紊流模型封閉;泥沙輸運模型中只考慮推移質(zhì)的輸運作用。通過對渠寬一定,彎曲度為30°、60°、90°、120°、150°和180°這六種彎道分別進行三維數(shù)值模擬研究,并分析水力特性和河床沖淤的模擬結(jié)果得到:彎曲度不僅影響了水面橫比降和水面超高的變化情況,還影響了底層平均流速的變化情況;縱向、橫向流速的變化情況以及環(huán)流位置的變化情況也受到彎曲度的影響;河床的沖淤變化情況同樣也受到彎曲度的影響。根據(jù)受彎曲度影響的水力特性和河床沖淤的變化情況,總結(jié)彎曲度對各水力特性和河床沖淤的影響規(guī)律。
【學位單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TV142
【文章目錄】：
摘要
abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 彎道水流的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 彎道的水面橫比降
        1.2.2 彎道的水面超高
        1.2.3 彎道縱向垂線平均流速分布
        1.2.4 彎道環(huán)流
        1.2.5 彎道泥沙輸運特性及河床變形
    1.3 彎道水流數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 水沙數(shù)學模型的研究現(xiàn)狀
    1.4 今后彎道水流運動的研究方向
    1.5 本文研究主要內(nèi)容
2 彎道水流的理論基礎
    2.1 彎道水流形態(tài)特性
        2.1.1 水面橫比降
        2.1.2 水面超高
        2.1.3 彎道平均流速
        2.1.4 彎道環(huán)流
3 彎道水流的三維數(shù)值模擬
    3.1 離散化方法概述
    3.2 湍流模型
        3.2.1 零方程模型
        3.2.2 單方程模型
        3.2.3 兩方程模型
    3.3 控制方程
        3.3.1 水動力模型的控制方程
        3.3.2 泥沙輸運模型的控制方程
    3.4 模型離散
        3.4.1 方程離散
        3.4.2 空間離散
    3.5 模型驗證
        3.5.1 水動力模型驗證
        3.5.2 泥沙輸運模型驗證
4 模型建立
    4.1 物理模型
    4.2 網(wǎng)格劃分
    4.3 模型參數(shù)
    4.4 本章小結(jié)
5 數(shù)值模擬結(jié)果與分析
    5.1 彎道水流結(jié)構(gòu)分析
        5.1.1 彎道彎曲度對水面超高和橫比降影響
        5.1.2 彎道彎曲度對彎道流速的影響分析
        5.1.3 彎道彎曲度對彎道縱向流速的影響
        5.1.4 彎道彎曲度對彎道橫向流速的影響
        5.1.5 彎道橫向環(huán)流的結(jié)果與分析
    5.2 泥沙沖淤分析
        5.2.1 彎道床底沖淤結(jié)果分析
        5.2.2 典型彎道斷面地形沖淤變化分析
6 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻】

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本文編號：2856773