天然彎曲河道在彎道環(huán)流及水沙交換作用下形成彎曲型復(fù)式河槽,水流受諸多因素影響而呈現(xiàn)復(fù)雜的三維性�？菟竟�(jié)水流主要在彎曲主槽內(nèi)流動,其水流特性僅具有彎道水流的特點(diǎn);洪水季節(jié)過水流量增大形成漫灘水流,其水流特性不僅具有彎道水流特點(diǎn),同時受灘槽水流交換作用影響使水流結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化。彎曲型復(fù)式河槽因其特殊的邊界條件使水流結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜,其研究對防洪工程的安全及天然河道的演變具有重要意義。本文在前人研究基礎(chǔ)上,以已有彎曲型復(fù)式河槽試驗(yàn)為驗(yàn)證依據(jù),采用RNG k-ε紊流模型計(jì)算不同斷面形態(tài)下彎曲型復(fù)式河槽的水流特性,分析了不同漫灘水流條件下彎曲型復(fù)式河槽的流速分布、二次流特性,同時分析了主槽邊坡系數(shù)、水深及灘地寬度對水流特性的影響,并與順直型復(fù)式河槽的水流特性進(jìn)行了對比,得出以下主要結(jié)論:（1）漫灘條件下,橫向水面線分布呈下凹曲線,下凹程度隨水深的增大而減小,且隨主槽邊坡系數(shù)增大或?yàn)┑貙挾葴p小而增大。（2）漫灘條件下,灘槽水流作用改變了由彎道產(chǎn)生的二次流結(jié)構(gòu),相鄰上、下游彎頂斷面產(chǎn)生的二次流漩渦大小一致、方向相反,且主槽縱向流速等值線呈螺旋狀、方向相反;灘槽交界處二次流強(qiáng)度隨主槽邊坡系數(shù)增大而增大... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

彎曲型復(fù)式河道Fig.1-1Curvedcompoundchannels彎道水流在主槽和灘地的共同作用下水力特性極為復(fù)雜，為研究方便，吉祖穩(wěn)、胡春宏[5]等根據(jù)漫灘水流的特征將復(fù)式河槽斷面分為主槽平衡區(qū)（Ⅰ）、灘槽交互區(qū)（Ⅱ）、

換デ?Φ乃?魘芴?地與主槽相互作用具有明顯的三維特征�？菟竟�(jié)，上游來流量小，水深較低，水流主要集中在彎曲主槽中流動；汛期時，上游來流量大，水深較大，水流漫過灘地形成漫灘水流，水流在主槽中沿彎道流動以外，部分水流漫過灘地橫向運(yùn)動，水流結(jié)構(gòu)隨過水?dāng)嗝嫘螒B(tài)的變化而變化，在灘槽水流相互作用下，灘槽交互區(qū)內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈的動量交換，并在灘槽交互區(qū)處形成垂向漩渦及二次流[6]。在漫灘水流的作用下，灘槽間的水沙交換不斷增大，并對彎道內(nèi)的物質(zhì)交換與能量交換產(chǎn)生了一定影響，致使河道內(nèi)水流運(yùn)動變得極為復(fù)雜。圖1-2順直復(fù)式河槽斷面分區(qū)示意圖[5]Fig.1-2Sectionaldivisiondiagramofstraightcompoundchannel[5]近十幾年來，國內(nèi)外諸多學(xué)者對順直型復(fù)式河槽水流特性的研究已較為成熟，但對彎曲型復(fù)式河槽還有諸多問題尚未解決。彎曲型復(fù)式河槽在枯洪水流的交替作用下，灘槽交互區(qū)的紊流場更為復(fù)雜，加上彎道環(huán)流作用，其水流特性與順直型復(fù)式河槽具有較大差異。如渭河下游及長江中下游的彎曲型復(fù)式河槽，枯洪水對河道演變的影響較大，灘槽交互區(qū)沖淤變化較順直段更為明顯，直接影響了河道內(nèi)泥沙輸移及污染物擴(kuò)散規(guī)律，對堤防工程、河道取水及航運(yùn)工程的運(yùn)行造成了一定影響。因此，本文對彎曲型復(fù)式河槽的水流特性研究不僅具有重要的理論意義，同時還具有一定的工程實(shí)用價(jià)值。1.2國內(nèi)外研究進(jìn)展對于一般順直型復(fù)式河槽，當(dāng)來流過大時，水流漫過灘地形成漫灘水流，主槽水體與灘地水體相互作用，在灘槽交互區(qū)形成垂向漩渦，在主槽邊壁處形成二次流，直接改變了斷面的剪應(yīng)力分布進(jìn)而影響了河槽的過流能力。而對于彎曲型復(fù)式河槽，漫灘水流除了受灘槽水體相互作用外，還將受到彎道環(huán)流的影響，其水流結(jié)構(gòu)較順直型復(fù)式河槽更為復(fù)雜。目前國

第1章緒論3平衡區(qū)及邊壁區(qū)水流不受灘槽相互作用的影響，水流特性與單一河槽相似，灘槽交互區(qū)的水體受灘槽相互作用影響，水力特性與單一河槽相差較大。圖1-3順直型復(fù)式河槽漫灘后的水流結(jié)構(gòu)[7]Fig.1-3Flowstructureafterfloodplaininstraightcompoundchannel[7]1）流速橫向分布諸多學(xué)者對順直型復(fù)式河槽水流流速的橫向分布進(jìn)行了研究，并得到了以下成果[8-12]：（1）水流粘滯性及灘槽水體的相互作用使灘槽交界處發(fā)生劇烈的動量交換，主槽流速減小，灘地流速增大。（2）灘槽交界處的水流流速梯度最大，距灘槽交界處越遠(yuǎn)，流速分布較為均勻。（3）隨水深的增大，灘槽間的流速差逐漸減小，斷面流速分布趨于均勻；（4）靠近灘地邊壁處的流速基本不受灘槽水流動量交換的影響，其特點(diǎn)與單一河槽相似。2）垂線平均流速橫向分布研究順直型復(fù)式河槽的垂線平均流速橫向分布對河床演變及污染物輸移擴(kuò)散具有一定意義。龐炳東[13]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，灘槽交互區(qū)的流速分布與水深密切相關(guān)，灘槽水體流速差隨水深增大而減小；謝漢祥[14]根據(jù)實(shí)測資料分析了灘槽水體間的動量交換特性，假定相同結(jié)構(gòu)形式的縱、橫向的紊動交換系數(shù)，推導(dǎo)了垂線平均流速的橫向分布計(jì)算公式；ShionoandKnight[15]在考慮二次流的情況下，得到了計(jì)算垂線平均流速分布的SKM法；DAlanErvine等[16]通過簡化沿水深方向N-S方程中的二次流項(xiàng)，并引入了二次流系數(shù)，最終得到了垂線平均流速的橫向分布；Rameshwaran&Shiono[17]對沿水深方向的N-S方程進(jìn)行求解，得到了復(fù)式河槽斷面垂線平均流速的二維解析解，其結(jié)果與實(shí)測值相吻合，較能準(zhǔn)確地應(yīng)用于復(fù)式河槽的橫向流速分布計(jì)算。3）二次流在順直型復(fù)式河槽中，水流漫灘后，在灘槽交互區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈的混摻和碰撞，并在灘槽交界處形成垂向漩渦和?

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3488500