為探究邊壁雙曲率對其水動力特性的影響,應(yīng)用RNG k-ε紊流模型和部分面積體積障礙模擬技術(shù)（FAVOR）,針對圓管非滿流建立三維數(shù)值模型,通過物理模型試驗結(jié)果驗證該數(shù)值模型的可行性。針對底坡和充滿度不同組合條件進(jìn)行數(shù)值試驗,分析斷面流速、壁面切應(yīng)力和雷諾切應(yīng)力分布規(guī)律等。研究結(jié)果表明:圓管非滿流斷面上不同垂線的流速分布具有較好的相似性,據(jù)此提出了垂線流速分布的拋物線公式;針對不同充滿度條件提出了壁面切應(yīng)力沿濕周分布的統(tǒng)一表達(dá)式;雷諾切應(yīng)力沿垂線服從線性分布規(guī)律,充滿度越大且距中垂線越遠(yuǎn),沿垂線的變化梯度越小;當(dāng)充滿度大于0.5時,由于受二次流影響斷面中垂線上雷諾切應(yīng)力出現(xiàn)負(fù)值。 

【文章來源】：水科學(xué)進(jìn)展. 2020,31(04)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

試驗布置

圖2為i=0.004、不同充滿度條件的斷面中垂線流速分布廓線,可見圓管非滿流的垂線流速分布曲線對過流斷面形式非常敏感,充滿度越大,流速沿水深越呈非單調(diào)變化趨勢,即dip現(xiàn)象越明顯。圖3為i=0.004、α=0.7條件下,不同橫向位置處垂線上的流速分布,由圖2可見,不同橫向位置處的垂線流速分布形式亦存在差異,尤其是靠近邊壁區(qū)域的垂線。圖3 不同橫向位置處的垂線流速分布

圖2 不同充滿度條件下的中垂線流速分布時均縱向流速沿中垂線呈左右對稱分布,因此只需分析中垂線右側(cè)即x>0的情形。根據(jù)系數(shù)a、b、c在不同的流動區(qū)域受充滿度和垂線橫向位置的影響不同,將過流斷面沿橫向劃分為中心區(qū)和邊壁區(qū),其中:① 當(dāng)α<0.5時, x≤2B/5為中心區(qū), x>2B/5為邊壁區(qū)(B為水面寬度,m);② 當(dāng)α≥0.5時, x≤D/3為中心區(qū), x>D/3為邊壁區(qū)。方差分析結(jié)果表明,中心區(qū)的系數(shù)a、b、c與橫向位置x和充滿度α均呈線性相關(guān)關(guān)系,而邊壁區(qū)的系數(shù)a、b、c則主要受橫向位置x的影響,而與充滿度α基本無關(guān)。通過回歸分析,得到不同流動分區(qū)待定系數(shù)a、b、c與充滿度α和垂線橫向位置x之間的表達(dá)式,如表3所示,其適用條件為:0.10≤α≤0.95,0.001 2 m3/s≤Q≤0.527 m3/s。

【參考文獻(xiàn)】：
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