有水葫蘆河道水流特性試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究.pdf

1、水葫蘆在長江及其以南的河道、湖泊和水庫中瘋狂生長，大量繁殖后，遮蔽水面，占用了行洪斷面積，增大了河流的阻力，遇到障物后，造成河道嚴(yán)重堵塞，形成一道“水壩”，阻礙水體的流動(dòng)，致使水面壅高，給堤防造成很大隱患。 本文在對有植被的河道水流問題以及相似研究的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，通過室內(nèi)物理模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法，研究、分析大面積覆蓋水面的水葫蘆對河道行洪能力，及其對河道水體結(jié)構(gòu)、水流特性的影響。 物理模型試驗(yàn)中，根據(jù)紊動(dòng)強(qiáng)

2、度和雷諾應(yīng)力沿程變化，將有水葫蘆河道水流劃分成三個(gè)區(qū)域，即無水葫蘆覆蓋但受影響區(qū)、水葫蘆前緣區(qū)以及充分發(fā)展的水葫蘆覆蓋區(qū)。在此三個(gè)區(qū)域典型斷面上，分析對比不同工況下，有無水葫蘆覆蓋時(shí)水流的時(shí)均流速、水位壅高、糙率、紊動(dòng)強(qiáng)度、雷諾應(yīng)力等水力學(xué)要素的變化規(guī)律。根據(jù)水深方向水流結(jié)構(gòu)的變化，把水流分為兩個(gè)區(qū)域：根莖區(qū)(相對水深Y>0.7)和根莖以下區(qū)(相對水深Y<0.7)。典型斷面在根莖以下區(qū)相對紊動(dòng)強(qiáng)度變化很小，在根莖區(qū)，第7斷面上相對紊動(dòng)強(qiáng)

3、度小，但相對于無水葫蘆時(shí)有明顯增大，在第2斷面及前緣區(qū)臨界斷面上變化顯著，尤其是臨界斷面，相對紊動(dòng)強(qiáng)度波動(dòng)很劇烈。雷諾應(yīng)力和紊動(dòng)強(qiáng)度分布規(guī)律相似。本文利用動(dòng)量定理及力的平衡方程推導(dǎo)出了有水葫蘆河道在水流處于恒定非均勻流下的綜合糙率計(jì)算公式。 水葫蘆對水流影響的數(shù)值模擬主要利用計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT，結(jié)合RNG雙方程湍流模型，用VOF方法追蹤自由水面，對有水葫蘆覆蓋的水槽二維兩相流場作了數(shù)值模擬，采用多孔介質(zhì)域模擬水葫蘆覆蓋