弯曲复式河槽水流特性试验研究

发布时间：2017-08-11 09:20

  本文关键词：弯曲复式河槽水流特性试验研究

  更多相关文章： 复式河槽 纵向流速 二次流 雷诺应力 Lumley三角形 动量交换

【摘要】：弯曲复式河槽水流特性是在诸多因素综合作用下形成的,其不仅具有弯曲河道的特点,更由于滩槽是一个相互作用的系统,滩地的变化直接影响河槽的演变,河槽的调整也对滩地的稳定构成显著影响。弯曲复式河槽由于其复杂的边界条件增大了水流结构的复杂程度,目前此类问题研究较少,其研究对于天然河道演变及治理具有重要参考价值。本文在总结国内外研究成果的基础上,重点针对漫滩工况下弯曲复式河槽水流结构开展水槽试验研究。分析了漫滩水流条件下的流速分布、水流紊动的基本特性,并对典型断面水流紊动的各项异性特征进行了详细的分析。最后,从雷诺方程出发分析了弯曲复式河道滩槽水流动量交换的特点。论文主要得到以下研究结论:1.流速分布⑴漫滩工况下,滩地区和滩槽交互区的水位沿程的变化幅度大于主槽区的水位变幅,水流漫滩后,中心主槽区水位最高点的位置分布在弯顶附近并随相对水深变化,表现为在低漫滩工况下偏移向下游,随着漫滩水深增大又返回上游。⑵水流漫滩后,弯顶附近的主流区逐渐偏向滩槽交界区,并随漫滩水深增大而移向滩地区;弯道顺直过渡段的非主流岸附近滩槽水流的动量交换形成的回流结构具有“束窄”河槽作用,其使得非主流岸的滩地区出现负纵向流速且其沿水深的垂线分布具有较大的分散特性,增大了主流岸附近的纵向流速并沿水深趋于均匀分布。⑶二次流在漫滩前后的复杂变化表明:水流漫滩后滩槽水流的相互作用影响了弯道作用产生的二次流,在不同的漫滩水深情况下,滩槽水流相互作用的强度及范围发生相应改变。2.紊动特性⑴三维紊动强度沿水深的垂线分布整体表现为在槽底附近迅速增大到最大值随后一直到水面附近趋于减小。滩槽水流的相互作用使紊动强度达到最大值的位置偏离槽底上移。⑵紊动能的较大值主要分布在滩槽水流相互作用影响的主要区域即滩地区和斜坡区,二次流的沿弯道的发展促进了紊动能的沿程增大。⑶雷诺应力的断面分布与纵向流速梯度有关,滩槽交界附近正负相反的雷诺应力极值核心区反映了滩槽水流动量的传递。⑷滩槽水流的相互作用增大了水流紊动的各项异性程度,滩地区及斜坡区是滩槽水流相互作用影响的主要区域。3.滩槽水流动量交换表观剪切应力的极值主要分布在滩槽交界附近且其两侧的滩槽表观剪切应力的正负值相反,这与断面滩槽交界附近的一对正负相反的雷诺应力极值核心区相对应。在顺直复式河槽中断面动量的传递主要是由主槽传递到两岸滩地,而弯曲复式河槽受弯道特有几何边界条件影响增加了动量传递的复杂程度,滩槽之间水流动量可能从主槽区传递到滩地区,也可能从滩地区传递到主槽区。
【关键词】：复式河槽 纵向流速 二次流 雷诺应力 Lumley三角形 动量交换
【学位授予单位】：长江科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV133
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-27
• 1.1 研究背景及意义13-15
• 1.2 国内外研究现状15-24
• 1.2.1 顺直复式河槽水沙输移特性15-20
• 1.2.2 弯曲复式河槽水沙输移特性20-23
• 1.2.3 有待进一步研究的问题23-24
• 1.3 本文主要研究内容24-26
• 1.3.1 主要研究方法24-25
• 1.3.2 论文创新点25
• 1.3.3 论文结构安排25-26
• 1.4 本章小结26-27
• 第二章 水槽试验设计27-45
• 2.1 试验条件27-37
• 2.1.1 模型布置27-29
• 2.1.2 量测设备29-37
• 2.2 预备性试验37-43
• 2.2.1 试验目标37
• 2.2.2 试验条件37-38
• 2.2.3 试验分析38-42
• 2.2.4 试验结论42-43
• 2.3 试验方案43-44
• 2.3.1 试验研究内容43
• 2.3.2 试验步骤43-44
• 2.4 本章小结44-45
• 第三章 流速结构分析45-67
• 3.1 水面线45-48
• 3.1.1 纵向水面线45-46
• 3.1.2 横向水面线46-48
• 3.2 表面流速48-50
• 3.3 纵向流速50-58
• 3.3.1 纵向流速断面分布51-56
• 3.3.2 纵向流速垂线分布56-58
• 3.4 二次流58-64
• 3.4.1 二次流断面分布58-63
• 3.4.2 二次流速垂线分布63-64
• 3.5 本章小结64-67
• 第四章 水流紊动基本特性67-79
• 4.1 紊动强度67-72
• 4.1.1 进口顺直段68-70
• 4.1.2 弯道顺直过渡段70-71
• 4.1.3 下游弯顶71-72
• 4.2 紊动能72-73
• 4.3 雷诺应力73-77
• 4.4 本章小结77-79
• 第五章 紊动各向异性特征79-89
• 5.1 Lumley三角形分析理论79-81
• 5.2 整体各向异性水平81-82
• 5.3 各向异性不变量的垂向分布82-84
• 5.4 各向异性不变量的横向分布84-87
• 5.5 本章小结87-89
• 第六章 滩槽水流动量交换89-93
• 6.1 基本理论89-90
• 6.2 动量交换强度分析90-91
• 6.3 本章小结91-93
• 第七章 结论与展望93-96
• 7.1 主要结论93-95
• 7.2 研究展望95-96
• 参考文献96-99
• 附录99-100
• 致谢100

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：655329