波流作用下層移輸沙的兩相流數(shù)值模擬.pdf

1、當近海區(qū)域的床面剪切應(yīng)力足夠大時（謝爾茲參數(shù)大于0.8-1），海床將被沖刷平坦，海底將發(fā)生片流輸沙(sheetflow transport)現(xiàn)象。片流發(fā)生時，大量的泥沙在貼近床面很薄的一層內(nèi)整體輸移，在這一層內(nèi)泥沙的濃度很大。這一特殊的沿岸輸沙現(xiàn)象將導(dǎo)致海岸地形的變化，進而促使近岸水動力條件和海岸環(huán)境的巨大改變，所以研究這一獨特的沿岸輸沙形式是環(huán)境保護以及海岸工程評價的基礎(chǔ)和前提條件，開展有關(guān)片流輸沙的實驗研究和數(shù)值模擬計算十分有必要。

2、
　　在不同的近海水動力條件下，片流輸沙有著自己獨特的輸移規(guī)律。對此，不同學(xué)者采用不同的手法對片流輸沙展開科學(xué)研究，包括實驗、理論和模型模擬研究。在數(shù)值模型模擬片流輸移的計算中，不同研究采用了不同類別的模擬方程。在這些模擬中，將水沙兩相分開考慮的片流模型被稱作兩相流模型。已有的兩相流模型存在著共同點，同時又相互區(qū)別。通過對比發(fā)現(xiàn):這些不同模型的區(qū)別主要在于時均化雷諾方程的求解方法，也就是模型對湍流結(jié)構(gòu)的模擬方法不同。本文基于Tro

3、wbridge& Madsen(1984)研究，從簡單的時均雷諾剪切應(yīng)力出發(fā)，研究了水沙兩相流中湍流渦動的時間結(jié)構(gòu)，將全新的隨時間變化的渦粘性系數(shù)和泥沙擴散系數(shù)引入到兩相流模型中。
　　在模型建立之后，本文分析了模型的正確性和適用性，對模型預(yù)測的泥沙濃度時空分布和泥沙周期平均輸沙率進行了對比驗證。在驗證過程中研究選用一系列經(jīng)典的實驗結(jié)果，這些實驗包括正弦波浪作用下的實驗和波流共同作用下的實驗。對于正弦波浪條件下，本文模擬和討論了兩

4、個典型的片流實驗:Horikawa et al.(1982)實驗和Ribberink& Al-Salem(1995)實驗;對于波流共同作用條件下，本文模擬和分析了Dohmen-Janssen(1999)所實施的同一水動力條件下三種不同泥沙粒徑的片流實驗。另外，本文還進行了一系列模型間的比較研究。這些對比的模型包括:Dong&Zhang(2002)混合長度模型、Liu& Sato(2005b)混合長度模型和Amoudry(2014)二方程