復式斷面明渠中二次流與紊流擬序結構直接數(shù)值模擬研究.pdf

1、 復式斷面明渠中二次流與紊流擬序結構 復式斷面明渠中二次流與紊流擬序結構直接數(shù)值模擬 接數(shù)值模擬研究 研究 Direct numerical simulation of secondary flow and turbulence coherent structures in compound open channel 學科專業(yè)：水利工程 研 究 生：陳勇 指導教師：及春寧 教授 天津大學建筑工程學院 二零一六 年十一 月 摘 要 復式斷

2、面河道是平原地區(qū)常見的河道類型。 河道中既有主流平面外的二次流動，又有壁面邊界層的剪切紊流，盡管強度較弱，但對河道主流流速分布、污染物濃度分布和河床的穩(wěn)定性都有較大影響。 二次流的產(chǎn)生與紊流擬序結構存在密切聯(lián)系。然而，目前多數(shù)學者都是針對復式斷面明渠中二次流開展研究，對復式斷面明渠中的紊流擬序結構， 以及紊流擬序結構與二次流的之間的影響機制尚缺乏深入研究。因此，將復式斷面明渠中二次流和紊流擬序結構結合起來研究，深入了解二次流與紊流擬序結

3、構之間的相互作用，具有明顯的學術和應用價值。 本文對中等雷諾數(shù)下復式斷面明渠二次流與紊流擬序結構進行了直接數(shù)值模擬研究， 追蹤了國內外有關復式斷面明渠中二次流和紊流擬序結構的研究動向，對平板紊流、 矩形斷面明渠紊流以及復式斷面明渠紊流的直接數(shù)值模擬結果進行了對比分析。主要研究內容以及結論如下： (1) 對 180 Re ? 平板紊流進行了直接數(shù)值模擬，并與國外研究結果進行了對比驗證，證明了本文直接數(shù)值模擬結果的精確性。 (2) 對 18

4、0 Re ? 的矩形斷面明渠紊流進行了直接數(shù)值模擬。通過對其紊流統(tǒng)計量進行分析， 發(fā)現(xiàn)了三個主要二次流渦對， 最大二次流流速約為最大主流速的3%。 (3) 對 180 Re ? 的復式斷面明渠紊流進行了直接數(shù)值模擬。通過對其紊流統(tǒng)計量進行分析， 發(fā)現(xiàn)在深槽與淺灘結合處存在一對主渦對， 二次流流速的最大值也在該處附近取得，其值約等于橫斷面主流流速的 4.5%。在復式斷面淺灘與深槽結合處， 紊動強度和雷諾應力均取得較大值， 這與該區(qū)域存在