复式断面弯道湍流结构大涡数值模拟

发布时间：2024-03-07 01:52

　　复式断面弯曲河道是自然界中常见的河道形态,受复式断面和弯道的共同影响,其中水流结构复杂多变且对河流中泥沙输运、河岸侵蚀、营养盐输运和河道的迁徙演变等产生重要影响。目前对其认识不足。本文采用大涡数值模拟方法(LES),引入柱坐标系,推导相应的水流控制方程。在利用试验数据进行验证后设计多种工况研究了复式断面河道,弯曲河道和复式断面弯道中的主流、环流、脉动、雷诺应力等变化规律,模拟结果表明:(1)由于复式断面的存在产生的二次流强度与浅滩深度有关,随着滩槽深度比的降低,二次流强度逐渐减小,但如果滩槽深度比过大或浅滩深度直接接近主槽深度,则整个复式断面流速分布接近于矩形明渠断面流速分布,二次流强度变小。在滩槽深度比为1/2附近的时候,二次流强度最大,达到主流平均流速的5%。(2)弯曲河道中横向环流的强度受到河道宽度和水深的影响,且随河道宽度增大和水深增加,横向环流强渡随之增大。在所模拟工况中,由于弯道存在产生的横向环流强度最大为主流平均流速的3.5%。(3)复式断面弯道水流结构不是简单的复式断面水流结构和弯道水流结构的叠加,模拟结果显示,环流强度最大为主流强度3.5%,由于离心力产生的环流强度占...

【文章页数】：117 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-2复式断面河道平面示意图

体中营养物质输运及水生态系统等[10-11]。因此，要研究河流问题有必要首先深入理解复式断面弯道的湍流结构特征及水体交换机制[12-15]。目前对复式断面和弯曲河道的研究比较丰富详尽，包括实验、基于三维雷诺时均方程的数学模拟、大涡数值模拟等。但是对于复式断面弯道的研究比较少，停留....

图1-3自然界中弯曲河流平面形态图

图1-3自然界中弯曲河流平面形态图1.2国内外研究现状对于复式断面明渠湍流结构特征的研究，主要有实验，基于三维雷诺时均方程的数值模拟和大涡数值模拟。在实验方面，早期Tominaga和Nezu（1989）[16]在金属底面玻璃侧面的水槽内通过LDV装置进行实验，发现....

图2-3投影法求解压力poisson方程示意图

图2-3投影法求解压力poisson方程示意图

图3-2大涡数值模拟瞬时流场结构：（a）流速分布，（b）流速U=3等值面图

速明显大于浅滩流速，并且在主槽浅滩交界处有明显的小流速区域，主槽还存在着范围大于1/2宽度的大尺度的混掺等。从图3-2（b）中可以看到部的条带结构，等高颜色标尺也表明主槽流速大于浅滩流速等。由这些三结构能够再现湍流中的复杂脉动、混掺以及拟序结构特征。

本文编号：3921207