考慮尺度效應(yīng)的泥沙顆粒周圍水動力特性研究.pdf

1、考慮尺度效應(yīng)的泥沙顆粒周圍水動力特性研究對泥沙的運動起著重要作用。尺度效應(yīng)基于幾何尺度和動力尺度兩個方面。從幾何尺度的角度看，可劃分為細顆粒與粗顆粒情況。從動力尺度的角度看，可劃分為低雷諾數(shù)與高雷諾數(shù)情況。本文通過理論分析、數(shù)值模擬和試驗研究的方法對考慮尺度效應(yīng)的泥沙顆粒周圍的水流結(jié)構(gòu)進行詳細研究，重點進行了以下幾個方面的工作：
　　1.小尺度細顆粒情況，主要針對其受擾動的沖淤及流動結(jié)構(gòu)情況進行分析。
　　首先，基于有限體積

2、法的立面二維數(shù)值模型，同時結(jié)合了經(jīng)典的泥沙起動流速公式和沖刷深度近似的計算理論，考慮進口流速、管徑和泥沙粒徑的影響，對南海管線周圍的小尺度泥沙床面的沖淤進行了預(yù)測，結(jié)果可供工程應(yīng)用借鑒；
　　其次，基于曲線坐標下有限差分法的立面二維數(shù)值模型，對小尺度泥沙床面受擾動的流動特性做進一步模擬，對不同大小擾動物影響的情況進行對比分析，得出了不同管徑尺度下的沖刷深度公式；
　　最后，通過水槽試驗對小尺度細顆粒受擾動形成的床面演化進行研

3、究，得到了沖淤演變、流場分布及能量譜等。
　　2.大尺度粗顆粒情況，主要針對卵石在不同隱蔽度下的流動結(jié)構(gòu)進行分析。
　　首先，基于有限差分法的立面二維數(shù)值模型，考慮到縱向與垂向的隱蔽度，針對線性波作用于大尺度粗顆粒的流動特性做了細致分析；
　　其次，基于有限體積法的立面二維數(shù)值模型，考慮到縱向與垂向的隱蔽度，顆粒起動采用滾動模式，結(jié)合水流結(jié)構(gòu)進一步探討其在高雷諾數(shù)下的起動規(guī)律，通過比較9種情況下阻力與升力的數(shù)值結(jié)果分析