大宽深比变曲率弯道水动力结构大涡模拟研究

论文摘要

弯曲型河流是自然界常见的河流形态,弯曲引起主流、二次流与湍流紊动相互作用,产生复杂的水动力结构,影响河流演变和物质输运。目前相关数值模拟及试验研究多针对小宽深、常曲率弯道,与天然河流大宽深、变曲率形态存在较大差异,为了揭示与天然河流相近的弯道水流运动特性,本文针对大宽深比正弦派生曲线弯道三维水流运动进行大涡数值(LES)模拟研究,结果表明:零曲率断面中心区域二次流沿河宽方向分布最为均匀,回流区范围最大,在大宽深比弯道中,回流区范围最大可达断面面积的15.5%。大宽深比弯道中部流动受到弯曲边界约束较弱,主流区内顺流向流速分布较小宽深比工况更接近于顺直矩形明渠,大宽深比情况下,主流核心区集中在弯道中线附近0.5～1倍水深范围,随着宽深比增大,弯顶附近涡量绝对值增大,对下游的影响范围增大。大宽深比弯道中水流紊动能整体水平较低,紊动能等值线分布和顺流向时均流速等值线一样,均受二次流影响,主流区中心紊动能最小,主流和局部回流区间的剪切层紊动能最大。

论文目录

• 0 引言
• 1 数学模型及控制方程
•   1.1 流体控制方程
•   1.2 固壁边界处理
• 2 计算区域及工况设置
• 3 模拟结果
•   3.1 试验验证
•   3.2 时均水流结构
•     3.2.1 三维时均水流结构
•     3.2.2 特征断面顺流向时均流速分布
•     3.2.3 二次流分布
•     3.2.4 涡量分布
•   3.3 紊动特性分析
•     3.3.1 特征断面紊动能分布
•     3.3.2 紊动能谱
• 4 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 张炳昌,许栋,及春宁,白玉川

关键词: 正弦派生弯道,大宽深比,雷诺数,大涡模拟,紊动结构

来源: 水力发电学报 2019年06期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅱ辑,基础科学

专业: 地球物理学,水利水电工程

单位: 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室

基金: 国家重点研发计划重点专项项目(2018YFC0407505)

分类号: TV143

页码: 77-91

总页数: 15

文件大小: 6908K

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