明渠彎道水流三維數(shù)值模擬研究.pdf

1、天然河道一般都可以概化為一系列直段和彎段的組合,因此,彎道水流運動規(guī)律的研究對于河流開發(fā)、泥沙防護、河道演變等都有著重要的意義。水流在運動時,受邊界條件的影響非常明顯,彎道特有的幾何特征和邊界條件,使得其水流特性與順直河道有著顯著的不同。彎曲水流呈現(xiàn)出復雜的三維特性,流動常伴有水面橫比降、流速重分布、二次流等現(xiàn)象,若能夠有效地利用數(shù)值模擬來解決彎道水流問題,將可以節(jié)省大量的人力、財力和時間。
　　存在轉(zhuǎn)彎就必然存在向心力,故彎道中

2、水流在離心慣性力和自身重力的作用下作曲線運動,使得原有的水流結(jié)構(gòu)遭到破壞,水流流態(tài)變得異常復雜。主要體現(xiàn)在:由于多了一個離心力作用,使得水流流態(tài)失衡,產(chǎn)生凹岸水位高、凸岸水位低的水面橫比降;在縱向流速和橫向流速共同作用下,形成了螺旋流,從而造成水流對河床的沖淤變形和對堤身的沖蝕破壞等。明渠彎道水流運動規(guī)律的研究主要包括彎道水面橫比降、流速重分布、螺旋流運動、輸沙特性及河床變形等方面。水流能量沿程減小,因此,理想的彎道形式應該是曲率半徑沿

3、程減小的緩變彎道,目前,針對單一曲率彎道的研究已經(jīng)趨于成熟,但對于變曲率彎道的研究成果還比較少。
　　在本文中,通過MIKE3提供的流場模型(Flow Model FM)中的水動力模塊(HD)和泥沙輸移模塊(ST),對圓彎道、緩圓緩彎道及對稱凸型彎道進行數(shù)值模擬研究。根據(jù)模擬結(jié)果圖定性分析各彎道水流的水力特性,包括:自由水面線、平面流速分布、縱向流速、彎道環(huán)流、河床沖刷等。經(jīng)過對三種彎道的比較分析得知,插入緩變曲線的緩圓緩彎道和對