位置:立项数据库 > 立项详情页
复式断面河弯多尺度环流和湍流结构及其输沙机理研究
  • 项目名称:复式断面河弯多尺度环流和湍流结构及其输沙机理研究
  • 项目类别:青年科学基金项目
  • 批准号:51009105
  • 申请代码:E0904
  • 项目来源:国家自然科学基金
  • 研究期限:2011-01-01-2013-12-31
  • 项目负责人:许栋
  • 负责人职称:副教授
  • 依托单位:天津大学
  • 批准年度:2010
中文摘要:

复式断面河弯在冲积性蜿蜒河流中广泛存在,由于受河谷弯曲、主槽弯曲、滩槽动量交换的综合作用,存在多种尺度的二次环流,水流结构复杂。本项目拟研究主槽二次流、河谷二次流、滩槽二次流的内在结构,深入分析其尺度和量级特征,揭示其耦合作用机制;研究环流影响下各向异性湍流的拟序结构。研究工作从水槽试验入手,利用PIV和ADV等高精度仪器获得时均和脉动水流的可靠信息,提取不同尺度的环流分量,研究各种环流的单独贡献和复合机制;采用严格验证的数学模型,对主槽和河谷的不同组合形态,基于正交试验设计进行精细水流数值模拟,分析河槽形态对环流结构的影响规律;在多尺度环流结构量级分析基础上,放弃静压假定,建立考虑环流细节的理论模型,并针对不同应用环境进行边界简化和摄动求解,探讨环流和湍流共同驱动下的推移质泥沙起动及输移规律。项目研究将拓展河弯水沙运动研究领域,具有重要的工程应用价值。

结论摘要:

复式断面河弯在冲积性蜿蜒河流中广泛存在,由于受河谷弯曲、主槽弯曲、滩槽动量交换的复合作用,存在多种尺度的二次环流,水流结构极为复杂,目前水沙运动机理认识仍然不足。本项目利用了物理模型实验、数值模拟和理论分析等手段,深入分析了主流、环流及湍流结构尺度和量级特征,揭示了其耦合作用机制;深入研究了环流影响下各向异性湍流的拟序结构,探讨了环流和湍流共同驱动下的推移质泥沙起动及输移规律。主要研究成果包括建立了河弯演变理论研究的系统理论框架模式;基于有限体积法,建立了弯道水流运动模拟的全三维数学模型,并编制了一整套并行计算程序代码;弄清了弯道中的二次环流结构、湍流结构及断面形态、弯曲度等对其的影响机制;揭示了弯道中推移质泥沙起动、输移规律,并建立了相应的理论模型;开展了弯曲河道中水流-床面作用及河床演变规律实验研究;并初步开展了蜿蜒河流大尺度演变动力过程的研究工作。项目研究成果将丰富泥沙运动力学及河流动力学的内容,具有重要的理论意义和工程应用价值。


成果综合统计
成果类型
数量
  • 期刊论文
  • 会议论文
  • 专利
  • 获奖
  • 著作
  • 17
  • 2
  • 5
  • 0
  • 0
相关项目
期刊论文 46 会议论文 1 获奖 1 著作 1
许栋的项目