復(fù)式斷面明渠中二次流與紊流擬序結(jié)構(gòu)直接數(shù)值模擬研究.pdf

1、 復(fù)式斷面明渠中二次流與紊流擬序結(jié)構(gòu) 復(fù)式斷面明渠中二次流與紊流擬序結(jié)構(gòu)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(xué)科專(zhuān)業(yè)：水利工程 研 究 生：陳勇 指導(dǎo)教師：及春寧 教授 天津大學(xué)建筑工程學(xué)院 二零一六 年十一 月 摘 要 復(fù)式斷

2、面河道是平原地區(qū)常見(jiàn)的河道類(lèi)型。 河道中既有主流平面外的二次流動(dòng)，又有壁面邊界層的剪切紊流，盡管強(qiáng)度較弱，但對(duì)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(jié)構(gòu)存在密切聯(lián)系。然而，目前多數(shù)學(xué)者都是針對(duì)復(fù)式斷面明渠中二次流開(kāi)展研究，對(duì)復(fù)式斷面明渠中的紊流擬序結(jié)構(gòu)， 以及紊流擬序結(jié)構(gòu)與二次流的之間的影響機(jī)制尚缺乏深入研究。因此，將復(fù)式斷面明渠中二次流和紊流擬序結(jié)構(gòu)結(jié)合起來(lái)研究，深入了解二次流與紊流擬序結(jié)

3、構(gòu)之間的相互作用，具有明顯的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值。 本文對(duì)中等雷諾數(shù)下復(fù)式斷面明渠二次流與紊流擬序結(jié)構(gòu)進(jìn)行了直接數(shù)值模擬研究， 追蹤了國(guó)內(nèi)外有關(guān)復(fù)式斷面明渠中二次流和紊流擬序結(jié)構(gòu)的研究動(dòng)向，對(duì)平板紊流、 矩形斷面明渠紊流以及復(fù)式斷面明渠紊流的直接數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。主要研究?jī)?nèi)容以及結(jié)論如下： (1) 對(duì) 180 Re ? 平板紊流進(jìn)行了直接數(shù)值模擬，并與國(guó)外研究結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證，證明了本文直接數(shù)值模擬結(jié)果的精確性。 (2) 對(duì) 18

4、0 Re ? 的矩形斷面明渠紊流進(jìn)行了直接數(shù)值模擬。通過(guò)對(duì)其紊流統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行分析， 發(fā)現(xiàn)了三個(gè)主要二次流渦對(duì)， 最大二次流流速約為最大主流速的3%。 (3) 對(duì) 180 Re ? 的復(fù)式斷面明渠紊流進(jìn)行了直接數(shù)值模擬。通過(guò)對(duì)其紊流統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行分析， 發(fā)現(xiàn)在深槽與淺灘結(jié)合處存在一對(duì)主渦對(duì)， 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(fù)式斷面淺灘與深槽結(jié)合處， 紊動(dòng)強(qiáng)度和雷諾應(yīng)力均取得較大值， 這與該區(qū)域存在