本文選題：柱體繞流 + 馬蹄渦�。� 參考：《水利學(xué)報(bào)》2016年02期

【摘要】：馬蹄渦是水下柱體結(jié)構(gòu)周圍床面沖刷的主要?jiǎng)恿�。為掌握馬蹄渦的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征,引入了基于旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度的馬蹄渦識(shí)別方法,提出了基于橢圓渦擬合的馬蹄渦特征提取方法,其中,橢圓渦由Oseen渦和傾斜單向剪切流疊加而成。基于上述方法,通過(guò)開(kāi)展明渠圓柱繞流PIV實(shí)驗(yàn),對(duì)柱體上游對(duì)稱面時(shí)均流場(chǎng)中馬蹄渦的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,在柱體雷諾數(shù)大于104的紊流柱體繞流中,馬蹄渦上游的流動(dòng)分離點(diǎn)隨柱體雷諾數(shù)的增大而緩慢向下游移動(dòng),但馬蹄渦的位置保持不變,渦中心距柱體中軸約0.67D(D為柱體直徑或?qū)挾?,距床面約0.06D;隨著柱體雷諾數(shù)的增大,馬蹄渦的半徑不變而強(qiáng)度增加,使得馬蹄渦作用于床面的剪切應(yīng)力增大。研究結(jié)果建立了客觀提取馬蹄渦運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的數(shù)學(xué)方法,得到了流動(dòng)分離點(diǎn)、馬蹄渦位置等運(yùn)動(dòng)學(xué)特征隨水流條件的變化規(guī)律,揭示了明渠柱體繞流與其它流動(dòng)中柱體繞流的差異,初步構(gòu)建了馬蹄渦的動(dòng)力作用概念模型。
[Abstract]:The horseshoe vortex is the main force of the bed scouring around the underwater cylindrical structure. In order to grasp the kinematic characteristics of horseshoe vortices, a method of horseshoe vortex recognition based on rotation strength is introduced. A method of extracting horseshoe vortices based on elliptical vortex fitting is proposed. The elliptic vortices are superposed by Oseen vortices and inclined unidirectional shear flows. Based on the above method, the kinematic characteristics of horseshoe vortices in the equinox flow field in the upstream symmetric plane of the cylinder are studied by the PIV experiment of the open channel cylinder. The results show that the flow separation point in the upper reaches of the horseshoe vortex moves slowly downstream with the increase of the Reynolds number of the cylinder, but the position of the horseshoe vortex remains unchanged in the turbulent cylinder with Reynolds number greater than 104. The central axis of the vortex is about the diameter or width of the cylinder and about 0.06D from the bed surface. With the increase of the Reynolds number of the cylinder, the radius of the horseshoe vortex increases and the strength of the horseshoe vortex increases, which makes the shear stress of the horseshoe vortex acting on the bed surface increase. The results show that the mathematical method of extracting the kinematic characteristics of horseshoe vortex objectively is established, and the variation law of kinematics characteristics with water flow condition is obtained, such as the flow separation point, the position of horseshoe vortex and so on. The difference between the flow around the cylinder and the flow around the cylinder in the open channel is revealed, and the conceptual model of the dynamic action of the horseshoe vortex is constructed preliminarily.
【作者單位】： 北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院;
【基金】：中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目(2015M570031) 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51078021)
【分類號(hào)】：TV133

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本文編號(hào)：1808753