復(fù)式斷面彎曲河道是自然界中常見的河道形態(tài),受復(fù)式斷面和彎道的共同影響,其中水流結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變且對(duì)河流中泥沙輸運(yùn)、河岸侵蝕、營(yíng)養(yǎng)鹽輸運(yùn)和河道的遷徙演變等產(chǎn)生重要影響。目前對(duì)其認(rèn)識(shí)不足。本文采用大渦數(shù)值模擬方法(LES),引入柱坐標(biāo)系,推導(dǎo)相應(yīng)的水流控制方程。在利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證后設(shè)計(jì)多種工況研究了復(fù)式斷面河道,彎曲河道和復(fù)式斷面彎道中的主流、環(huán)流、脈動(dòng)、雷諾應(yīng)力等變化規(guī)律,模擬結(jié)果表明:(1)由于復(fù)式斷面的存在產(chǎn)生的二次流強(qiáng)度與淺灘深度有關(guān),隨著灘槽深度比的降低,二次流強(qiáng)度逐漸減小,但如果灘槽深度比過大或淺灘深度直接接近主槽深度,則整個(gè)復(fù)式斷面流速分布接近于矩形明渠斷面流速分布,二次流強(qiáng)度變小。在灘槽深度比為1/2附近的時(shí)候,二次流強(qiáng)度最大,達(dá)到主流平均流速的5%。(2)彎曲河道中橫向環(huán)流的強(qiáng)度受到河道寬度和水深的影響,且隨河道寬度增大和水深增加,橫向環(huán)流強(qiáng)渡隨之增大。在所模擬工況中,由于彎道存在產(chǎn)生的橫向環(huán)流強(qiáng)度最大為主流平均流速的3.5%。(3)復(fù)式斷面彎道水流結(jié)構(gòu)不是簡(jiǎn)單的復(fù)式斷面水流結(jié)構(gòu)和彎道水流結(jié)構(gòu)的疊加,模擬結(jié)果顯示,環(huán)流強(qiáng)度最大為主流強(qiáng)度3.5%,由于離心力產(chǎn)生的環(huán)流強(qiáng)度占...

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖1-2復(fù)式斷面河道平面示意圖

體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸運(yùn)及水生態(tài)系統(tǒng)等[10-11]。因此，要研究河流問題有必要首先深入理解復(fù)式斷面彎道的湍流結(jié)構(gòu)特征及水體交換機(jī)制[12-15]。目前對(duì)復(fù)式斷面和彎曲河道的研究比較豐富詳盡，包括實(shí)驗(yàn)、基于三維雷諾時(shí)均方程的數(shù)學(xué)模擬、大渦數(shù)值模擬等。但是對(duì)于復(fù)式斷面彎道的研究比較少，停留....

圖1-3自然界中彎曲河流平面形態(tài)圖

圖1-3自然界中彎曲河流平面形態(tài)圖1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀對(duì)于復(fù)式斷面明渠湍流結(jié)構(gòu)特征的研究，主要有實(shí)驗(yàn)，基于三維雷諾時(shí)均方程的數(shù)值模擬和大渦數(shù)值模擬。在實(shí)驗(yàn)方面，早期Tominaga和Nezu（1989）[16]在金屬底面玻璃側(cè)面的水槽內(nèi)通過LDV裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)....

圖2-3投影法求解壓力poisson方程示意圖

圖2-3投影法求解壓力poisson方程示意圖

圖3-2大渦數(shù)值模擬瞬時(shí)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)：（a）流速分布，（b）流速U=3等值面圖

速明顯大于淺灘流速，并且在主槽淺灘交界處有明顯的小流速區(qū)域，主槽還存在著范圍大于1/2寬度的大尺度的混摻等。從圖3-2（b）中可以看到部的條帶結(jié)構(gòu)，等高顏色標(biāo)尺也表明主槽流速大于淺灘流速等。由這些三結(jié)構(gòu)能夠再現(xiàn)湍流中的復(fù)雜脈動(dòng)、混摻以及擬序結(jié)構(gòu)特征。

本文編號(hào)：3921207