刚性植被作用下明渠水流的水动力特性研究

发布时间：2024-10-30 21:36

　　本文通过水槽实验和数值模拟研究了四种刚性植被形式作用下明渠的水动力特性,四种植被形式为双层植被、不连续植被斑、漂浮植被和树冠状植被。基于PIV进行了双层植被水流试验,考虑不同流量、水深及植被排列方式,得到了纵向流速垂向分布概化图,流速在低植被层和高植被层内流速基本均匀分布,在渠底有突增现象,在高植被层和低植被层顶部存在拐点,自由水层符合对数律分布,高层植被非淹没情况下涡量最大值出现在低植被层顶部偏下位置且交错布置工况的涡量最大值为线性布置工况的5-6倍,交错排布植被更有利于固定河滩;高层植被淹没时,排布方式对流速、涡量和雷诺应力的影响不大,涡量和雷诺应力在高、低植被层顶部较大,高层植被顶部处的涡量和雷诺应力明显大于低植被层顶部,通过流速判断线性排布植被更有利于防洪固滩。通过水槽实验和大涡模拟研究不连续植被斑水流,考虑不同的植被密度、雷诺数和植被斑之间间隙区长度,不连续植被斑水流纵向流速与雷诺应力分布变化受植被密度和雷诺数的影响较大,改变植被斑和间隙区的长度对纵向流速与雷诺应力的影响不大,但是较长的植被斑与间隙区长度更有利于水流的沿程调整;间隙区的纵向流速小于植被斑区域的流速,更有利于来流...

【文章页数】：109 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 研究现状
        1.2.1 植被水流平均流速
        1.2.2 植被水流紊动特性
        1.2.3 植被水流数值模拟
    1.3 本文主要内容
第2章 水槽试验和数值模型
    2.1 水槽试验
        2.1.1 试验设备
        2.1.2 数据处理
    2.2 数值模型
        2.2.1 大涡模拟
        2.2.2 水动力模型
    2.3 本章小结
第3章 双层刚性植被水流特性试验研究
    3.1 水槽试验
    3.2 平均流速分析
        3.2.1 纵向流速分布
        3.2.2 垂向流速分布
    3.3 紊动特性分析
        3.3.1 涡量分布
        3.3.2 雷诺应力分布
    3.4 本章小结
第4章 不连续植被斑水流特性试验与数值模拟研究
    4.1 水槽试验
        4.1.1 试验模型
        4.1.2 测点布置
    4.2 数值模拟
        4.2.1 大涡模拟
        4.2.2 网格尺度
        4.2.3 边界条件
        4.2.4 模型验证
    4.3 成果分析
        4.3.1 平均流速分析
        4.3.2 紊动特性分析
        4.3.3 频谱分析
        4.3.4 结果展示
    4.4 本章小结
第5章 漂浮植被水流特性试验与数值模拟研究
    5.1 水槽试验
    5.2 数值模拟
        5.2.1 三维刚性植被模型
        5.2.2 网格尺度
        5.2.3 边界条件
        5.2.4 模型验证
    5.3 成果分析
        5.3.1 中心断面的水动力学特性
        5.3.2 混合层和渠底边界层的空间演化
        5.3.3 不同间隙区高度工况成果分析
        5.3.4 不同植被密度工况成果分析
        5.3.5 动量厚度
    5.4 本章小结
第6章 树冠状植被水流特性试验研究
    6.1 水槽试验
    6.2 平均流速分布
    6.3 紊流特性分析
    6.4 紊流结构分析
    6.5 结论
第7章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
附录1 博士期间参与的科研项目
附录2 博士期间论文发表情况
致谢



本文编号：4008513