發(fā)布時間：2021-10-21 17:35

　　異重流在自然環(huán)境界及工程應(yīng)用中廣泛存在。本文于線性層結(jié)及非層結(jié)鹽水中開展了一系列實(shí)驗(yàn),對開閘式異重流通過植被群的發(fā)展和演變特性進(jìn)行了研究。采用高速相機(jī)對異重流頭部位置、頭部速度和摻混系數(shù)等進(jìn)行了分析,結(jié)果表明:異重流在層結(jié)水體中頭部速度明顯減小;層結(jié)水體和植被對異重流摻混均有抑制作用;當(dāng)層結(jié)水體和植被同時存在時,異重流的摻混程度與植被高度和水深之比α相關(guān),當(dāng)α=0.43時,異重流的摻混最為劇烈。本研究也利用粒子圖像測速儀（particle image velocimetry,PIV）對異重流局部區(qū)域的速度場和渦度場進(jìn)行研究,結(jié)果顯示,層結(jié)環(huán)境抑制異重流正負(fù)渦度場發(fā)展,但當(dāng)α=0.20時,即一部分異重流爬上植被頂部時,層結(jié)水體與植被的協(xié)同效應(yīng)對躍上植被頂端的異重流下界面渦度有強(qiáng)化作用。 

【文章來源】：吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版). 2019,49(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

圖１實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Ｆｉｇ．１Ｓｋｅｔｃｈｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｅｔ－ｕｐ

且異重流行至植被后半段漸趨停滯，頭部呈三角形形態(tài)，且其頭部角度較非層結(jié)組顯著減小。在該植被高度下，異重流尾部區(qū)域的“手指狀”入侵趨勢最為顯著。這是因?yàn)榇藭r異重流頭部高度近似于植被高度，頭部區(qū)域整體受到植被阻滯作用，部分重流體形成反射水躍回流并將尾部區(qū)域被稀釋的較輕流體向上抬升，使其在不同高度與環(huán)境水體形成新的密度驅(qū)動，呈水平前侵趨勢，并在前侵的過程中不受植被阻擋（如圖２ｃ、ｄ中箭頭所示）。２．２頭部位置、速度圖３為異重流分別在均勻水體環(huán)境（空心圖例）和線性層結(jié)環(huán)境（半空圖例）中頭部位置隨時間變化的過程，頭部位置的起點(diǎn)為閘門左側(cè)底部。根據(jù)圖３所示，植被的阻力作用（對比圖３中Ｆ０和Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３）和層結(jié)環(huán)境（對比圖３中Ｓ０和Ｆ０）均會弱化異重流運(yùn)動；層結(jié)環(huán)境會增強(qiáng)植被高度對異重流運(yùn)動的影響；在層結(jié)環(huán)境和植被的雙重作用下，異重流在經(jīng)過α≥０．４３的植被群（圖３中Ｓ２，Ｓ３）時，受植被阻力作用，異重流動能大量損失，靜止于植被群間；Ｓ２植被高度小于Ｓ３，異重流卻早于Ｓ３靜止，這是圖３異重流頭部位置隨時間變化關(guān)系圖Ｆｉｇ．３Ｃｈａｎｇｅｏｆｇｒａｖｉｔｙｃｕｒｒｅｎｔｈｅａｄｐｏｓｉｔｉｏｎｗｉｔｈｔｉｍｅ因?yàn)楫愔亓髟庵脖蛔钃鯐r，部分異重流在其前積聚，與進(jìn)入植被的重流體之間存在高度壓力差，并以此為附加驅(qū)動力促使異重流前進(jìn)。由于植被高度Ｓ２形成的高度壓力差小于植被高度Ｓ３，因此所獲動能較小，較早靜止于植被群

環(huán)境下的異重流仍然能夠通過植被繼續(xù)前進(jìn)，層結(jié)環(huán)境則不然；這是層結(jié)環(huán)境和植被對異重流的雙重抑制作用使其動能損失大于均勻水體環(huán)境，最后靜止于植被群中。圖４異重流頭部速度隨頭部位置變化關(guān)系圖Ｆｉｇ．４Ｃｈａｎｇｅｏｆｆｒｏｎｔｖｅｌｏｃｉｔｙｗｉｔｈｈｅａｄｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｇｒａｖｉｔｙｃｕｒｒｅｎｔ２．３摻混系數(shù)厘清異重流的摻混機(jī)制對進(jìn)一步了解異重流的動態(tài)演化過程有重要作用［２３］。結(jié)合Ｗｉｌｓｏｎ等［２４］和Ｏｔｔｏｌｅｎｇｈｉ等［２５］的方法，用整體摻混系數(shù)（ｂｕｌｋｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）Ｅｉ＿ｂｕｌｋ來描述異重流與環(huán)境水體的對流擴(kuò)散情況，并將其定義為Ｅｉ＿ｂｕｌｋ＝ｗｅｉｕｉ。（９）其中：ｗｅｉ＝ｕｉｘｆｉΔＡΔｘ，ΔＡΔｘ＝Ａｉ－Ａ０ｘｆｉ。式中：ｉ表示第ｉ張照片；ｗｅｉ為整體摻混速率；Ａｉ表示異重流的實(shí)時側(cè)面面積，若異重流流入植被，則側(cè)視圖面積折減為Ａｉ＝Ａ１（１－φ）＋Ａ２，其中Ａ１為植被內(nèi)部異重流側(cè)面面積，Ａ２為植被外部異重流側(cè)面面積；Ａ０表示異重流初始面積，取值１５０ｃｍ２；ｘｆｉ表示異重流的實(shí)時位置。摻混系數(shù)根據(jù)不確定度的間接計算方法得到，約為０．０００２０８，而計算摻混系數(shù)約為０．０３～０．０９，因此不確定度的影響可以忽略。圖５為異重流側(cè)面面積Ａ隨頭部位置變化的關(guān)系圖。由圖５可知，層結(jié)水體使得異重流側(cè)面面積有所縮減。這是

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]層結(jié)水體中異重流沿坡運(yùn)動的試驗(yàn)研究[D]. 林挺.浙江大學(xué) 2016



本文編號：3449436