弯曲河道中水流运动的三维数值模拟.PDFVIP

See discussions, stats, and author profiles for this publication at: /publication Three-dimensional numerical simulation of flow in river bends Article in Shuili Xuebao/Journal of Hydraulic Engineering · December 2 1 CITATIONS READS 7 29 4 authors, including: Dong Xu Tianjin University 48 PUBLICATIONS 134 CITATIONS SEE PROFILE Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Large Eddy Simulation of Local Scouring around a Pier Group View project All content following this page was uploaded by Dong Xu on 27 December 2 16. The user has requested enhancement of the downloaded file. 水 利 学 报 2010 年12月 SHUILI XUEBAO 第41 卷 第12期 文章编号：0559-9350（2010 ）12-1423-09 弯曲河道中水流运动的三维数值模拟 1 2 3 1 许 栋 ，刘召平 ，乾爱国 ，白玉川 （1. 天津大学 建筑工程学院，天津 300072 ；2. 国核电力规划设计研究院，北京 100094； 3. 中国水利水电科学研究院水力学研究所，北京 100038） 摘要：基于雷诺方程和有限体积法建立了描述弯道水流运动的三维数学模型，用室内物理模型试验进行验证，结 果表明，该模型能够较好地模拟弯道内水流流速分布以及湍流特征。随后用该模型模拟了若干典型平面形态和床 面形态的弯道水流运动。模拟结果表明：弯道中浅滩和深槽相间的地形起伏加剧了断面流速分布的不均匀性，同 时使得水流动力轴线更加偏向凹岸，流速的沿程变化也较平整床面更为复杂；另外，与对称型河湾（正弦派生曲 线型）相比，非对称河湾（Kinoshita 派生曲线型）中在两弯顶中间存在较多的低流速区，有利于泥沙落淤，而对岸 流速一般较大，形成河岸的快速崩退，这能够从一个侧面解释非对称河湾向下游方向整体的快速迁移。 关键词：弯曲河道；水流运动；三维数学模型；河湾形态；数值试验 中图分类号：TV 147 文献标识码：A 1 研究背景 弯曲河道中水流的运动是泥沙运动的直接动力，也是床面变化、河岸侵蚀和崩岸以及河湾平面 ［1］ 演变的根本原因 。因此，对弯道水流动力特性的认识是蜿蜒河流动力学研究的基础。 ［2 ］ 与顺直河道相比，弯道中的水流存在着水面横比降和弯道环流等现象 ，水流运动非常复杂。近 十几年来，弯道水力学在理论方面很少有大的突破，然而在数值模拟方面进展迅速。基于浅水方程 的平面二维数学模型逐渐向成熟化、实用化和商业化的方向发展，如丹麦水力研究所（DHI）所开发的 mike 系列模型、美国的SMS