方柱繞流的PIV實(shí)驗(yàn)及數(shù)值研究.pdf

1、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

2、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

3、反而減??；
　　(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

4、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