彎道水力特性及床底沖淤的三維數(shù)值研究.pdf

1、地球上幾乎所有的天然河流都呈現(xiàn)著彎曲的特點(diǎn)，彎段和直段是組成河流的基本的單元。在人工航道、輸水建筑物等水利工程布置時(shí)，常因地質(zhì)、地形、工程結(jié)構(gòu)及整體樞紐布置等條件的限制而需要設(shè)置彎道段。彎道水流流態(tài)、水面形態(tài)及河床沖淤變形特性的研究，是天然河道水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律及河床演變規(guī)律的基礎(chǔ)，被廣泛應(yīng)用于河流治理、人工航道、護(hù)岸工程及引水渠道等諸多領(lǐng)域。
　　由于彎道本身特殊的幾何特征和邊界條件，入彎后原有的水流結(jié)構(gòu)會(huì)遭受破壞，導(dǎo)致水流流速在彎道

2、內(nèi)沿水深、河寬及流程發(fā)生重分布，且彎道自由水面由近似的水平面變?yōu)榱藦耐拱断虬及吨饾u升高的復(fù)雜扭面。入彎后產(chǎn)生的次生流和縱向主流疊加在一起形成了彎道特有的螺旋流，從而造成水流對(duì)堤身的沖蝕破壞及河床的沖淤變形等。
　　目前，一二維水沙數(shù)學(xué)模型尚不能解決具有明顯三維特性的水沙問題。彎道水流是復(fù)雜的三維紊流，因此，應(yīng)用三維水沙數(shù)學(xué)模型計(jì)算彎道水流運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及河床演變，效果最為理想，同時(shí)相對(duì)于物理模型試驗(yàn)來說，亦可以節(jié)省人力、財(cái)力和時(shí)間。

3、r>　　本文設(shè)計(jì)了針對(duì)改善彎道水流流態(tài)和床底沖淤的緩圓緩彎道、改善彎道水面形態(tài)的反超高彎道及兩者相結(jié)合的反超高緩圓緩彎道，并通過流體計(jì)算軟件MIKE3提供的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格流場(chǎng)模型(FlowModelFM)中的水動(dòng)模塊(HD)及輸沙模塊(ST)，對(duì)圓彎道、緩圓緩彎道、反超高圓彎道及反超高緩圓緩彎道進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。模擬結(jié)果表明:①加入緩變曲線的緩圓緩彎道可以明顯緩解邊界對(duì)水流的約束，改善彎道內(nèi)水流流態(tài)，緩解彎道床底沖刷，經(jīng)計(jì)算，較之圓彎道，