床面泥沙暴露度研究及其在起动公式中的应用

发布时间：2017-07-26 21:22

  本文关键词：床面泥沙暴露度研究及其在起动公式中的应用

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【摘要】：泥沙起动问题是河流动力学研究的重要组成部分,涉及水流与河床两个方面的相互作用。水流随机性、泥沙颗粒形状及沙粒在群体中位置的随机性,使得河流中泥沙起动及其复杂,具有很大的随机性。本文借鉴韩其为泥沙颗粒暴露度的二维概化模型,从床面表层颗粒纵向水平间距出发,对均匀沙二维暴露角和相对暴露度的概率分布规律进行了详细的研究,对其在起动公式中的应用进一步说明,并采用数值模拟方法,就其对拖曳力系数和上举力系数的影响进行了探讨,并将暴露度的概念延伸到三维概化模型中,主要进行了以下几个方面的工作:(1)通过自行设计的试验装置,测量并分析了无水流冲刷条件下随机堆放的均匀玻璃球二维纵向水平间距、暴露角及其概率密度,推导了相对暴露度概率密度分布。(2)采取泥沙滚动起动模式,得到包含二维相对暴露度的底部瞬时起动流速公式,并将其转换成垂线平均流速。经与实测资料比较,两者符合较好。(3)数值模拟了单颗粒绕流和多颗粒绕流流态。结果表明,暴露度和雷诺数对拖曳力系数及上举力系数均产生一定的影响。(4)针对泥沙颗粒三维概化模型,提出床面泥沙分布的三种典型状态,进行了床面泥沙随机堆放试验,得到了三种典型状态的分布概率。在此基础上,对三维暴露角的概率密度分布进行了初步探索,并建立了相应的起动流速公式;经与搜集到的起动流速实测资料比较,起动流速公式计算值稍大于实测值。
【关键词】：均匀沙 相对暴露度 概率密度分布 泥沙起动
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV142.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 研究目的和意义10-11
• 1.2 相关研究概况11-21
• 1.2.1 泥沙起动条件研究概况11-15
• 1.2.2 暴露度理论15-18
• 1.2.3 颗粒拖曳力和上举力18-21
• 1.3 本文研究工作21-23
• 1.3.1 研究内容21-22
• 1.3.2 研究思路和方法22-23
• 1.4 本文创新点23-24
• 第二章 床面泥沙颗粒二维分布状态及起动流速24-38
• 2.1 暴露度、暴露角及纵向水平间距的定义24-25
• 2.2 试验设备、材料与方法25
• 2.2.1 试验设备与材料25
• 2.2.2 试验方法25
• 2.3 试验结果与分析25-28
• 2.3.1 试验数据处理25-27
• 2.3.2 试验结果分析27-28
• 2.4 相对暴露度在泥沙起动公式中的应用28-31
• 2.4.1 起动底部瞬时流速28-30
• 2.4.2 起动标准30
• 2.4.3 起动垂线平均流速30-31
• 2.5 公式的对比及结果分析31-37
• 2.5.1 不同起动状态中Δ'的确定31-32
• 2.5.2 沙粒起动资料对32-33
• 2.5.3 小砾石起动资料对比33-35
• 2.5.4 卵石起动资料对比35-36
• 2.5.5 不同起动公式对比36-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第三章 暴露度对拖曳力、上举力系数影响的数值模拟38-46
• 3.1 绕流控制参数39
• 3.2 控制方程的建立及离散39-40
• 3.3 物理模型、网格划分及边界条件40-42
• 3.4 计算结果与分析42-45
• 3.4.1 单颗粒模拟结果42
• 3.4.2 不同暴露度下的多颗粒绕流模拟结果42-44
• 3.4.3 CD、CL的回归分析44-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 床面泥沙颗粒三维分布状态及起动模式46-53
• 4.1 床面泥沙颗粒随机分布特性46-48
• 4.1.1 床面颗粒三种典型状态46-47
• 4.1.2 三种典型状态分布随机特性47
• 4.1.3 三维暴露角θ的随机分布47-48
• 4.2 起动流速公式48-52
• 4.2.1 三种典型状态对应的起动流速公式48-49
• 4.2.2 起动流速整体公式49-52
• 4.3 本章小结52-53
• 第五章 结论与展望53-55
• 5.1 结论53
• 5.2 展望53-55
• 参考文献55-58
• 致谢58-59
• 作者简介59

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本文编号：578408