【摘要】：方柱繞流現(xiàn)象廣泛存在于橋梁工程、海洋工程和城市建設(shè)等工程科學(xué)領(lǐng)域中,例如橋墩、石油開采平臺(tái)、城市高層建筑以及攔污柵等。它包含了分離、再附、回流與旋渦脫落等復(fù)雜流動(dòng)現(xiàn)象,全面深入地研究方柱周圍的流場特性對(duì)人們解決相關(guān)實(shí)踐工程中的問題具有重要意義。本文首先簡單回顧了近年來國內(nèi)外學(xué)者對(duì)方柱繞流特性的研究,然后采用物理模型實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,從理論上對(duì)水體中方柱繞流的流場特性進(jìn)行了更深入的研究。物理實(shí)驗(yàn)部分重點(diǎn)研究了不同來水流量情況下的方柱繞流流場特征。主要從方柱上游、左右兩側(cè)和下游的時(shí)均流場以及方柱下游的瞬時(shí)流場四個(gè)方面對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。其主要結(jié)論為:(1)增大流量對(duì)方柱上游時(shí)均流場的影響,表現(xiàn)為對(duì)低流速區(qū)域分布影響較小,而對(duì)較高流速區(qū)域分布的影響較大;(2)在方柱左右兩側(cè)分別形成了一個(gè)順時(shí)針和逆時(shí)針的渦流,在該渦流遠(yuǎn)離壁面處形成了高流速區(qū)域,且該區(qū)域內(nèi)的流速隨著流量的增大而增大,但其相對(duì)特征流速的增幅隨流量的增大反而減小;(3)在方柱下游形成了兩個(gè)左右對(duì)稱、旋轉(zhuǎn)方向相反的渦流,且流量的增大對(duì)回流區(qū)的長度影響很小,該回流區(qū)的長度基本與方柱邊長為等量級(jí)關(guān)系但略大于方柱邊長;(4)在瞬時(shí)流態(tài)方面,方柱下游水流呈周期性擺動(dòng),計(jì)算下游水流擺動(dòng)周期并進(jìn)一步計(jì)算斯特勞哈爾數(shù),本實(shí)驗(yàn)獲得的斯特勞哈爾數(shù)和前人實(shí)驗(yàn)獲得的斯特勞哈爾數(shù)符合較好。數(shù)值模擬部分,本文按物理模型相同的尺寸大小,采用MIKE3建立方柱繞流的三維數(shù)值模型。并通過實(shí)測的流速和水位數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)值模型進(jìn)行了驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果符合較好。在此基礎(chǔ)上,對(duì)物理模型同種工況再進(jìn)行了數(shù)值模擬分析計(jì)算,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,結(jié)果表明:(1)在方柱上游的時(shí)均流場中,兩者低流速區(qū)和高流速區(qū)的分布較為一致,且水流沿流動(dòng)方向越靠近迎流面處流速越小,并逐漸分為左右兩側(cè)流動(dòng);(2)在方柱左右兩側(cè)的時(shí)均流場中,均分別形成了順時(shí)針和逆時(shí)針的漩渦,流場分布情況基本一致;(3)在方柱下游的時(shí)均流場中,均形成了回流區(qū)和兩個(gè)對(duì)稱的渦流,且兩者回流區(qū)的長度基本吻合;(4)對(duì)數(shù)值模型計(jì)算出的方柱下游連續(xù)時(shí)刻的流速矢量圖分析表明,方柱下游的水流亦呈周期性擺動(dòng),并伴有左右兩側(cè)渦流的交替脫落,其擺動(dòng)周期和斯特勞哈爾數(shù)與由物理模型結(jié)果計(jì)算得到的周期及斯特勞哈爾數(shù)差異較小,說明本次數(shù)學(xué)模型模擬的結(jié)果也是正確的。
【學(xué)位授予單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TV131.3
【圖文】：

水槽布置圖

流量系統(tǒng)設(shè)置對(duì)話框Fig.2-2Thedialogboxofflowcontrolsystemsetting

圖 2-3 超聲水位探頭示意圖Fig. 2-3 The schematic diagram of ultrasound water level probe量系統(tǒng)

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 李素循,陳永康,倪招勇;繞方柱類凸起物分離流研究[J];空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào);2000年S1期

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本文編號(hào)：2752293