考慮尺度效應的泥沙顆粒周圍水動力特性研究.pdf

1、考慮尺度效應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的泥沙顆粒周圍的水流結構進行詳細研究，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構情況進行分析。
　　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測，結果可供工程應用借鑒；
　　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構進行分析。
　　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，結合水流結構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)值結果分析