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粗糙底床对持续入流式异重流掺混和湍流特性的影响 被引量：1
1
作者 韩东睿 余俊杨 +3 位作者 袁野平 贺治国 王雨杭 林颖典 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期77-87,共11页
在自然环境和水利工程中,异重流现象广泛存在.现实工况中,大多数底床覆盖砾石及不同粒径大小的泥沙颗粒,可视为粗糙底床,因此研究异重流流过粗糙底床的动力学特性具有实际科学意义及工程应用价值.本文利用持续入流式异重流水槽试验,综... 在自然环境和水利工程中,异重流现象广泛存在.现实工况中,大多数底床覆盖砾石及不同粒径大小的泥沙颗粒,可视为粗糙底床,因此研究异重流流过粗糙底床的动力学特性具有实际科学意义及工程应用价值.本文利用持续入流式异重流水槽试验,综合考虑底床粗糙度和异重流初始质量分数,分析异重流头部位置、头部速度、掺混系数等扩散特性,不同断面的湍流强度及雷诺应力等湍流特性,结合雷诺应力法和湍动能法计算底床剪应力.结果表明:异重流头部速度与底床粗糙度呈负相关,与初始质量分数呈正相关;在高粗糙度、高初始质量分数工况时,底床粗糙度是控制其运动特性的主要因素;当粗糙度增加到一定程度时,异重流纵向时均流速剖面(沿水深分布)的峰值点出现“爬升现象”;湍流强度剖面(沿水深分布)出现一个极小值及两个极大值,其中纵向湍流强度是异重流湍流结构的主导,粗糙底床上的垂向湍流强度相比于光滑底床增加幅度明显;靠近底床附近,雷诺切应力为正值,远离底床区域,雷诺切应力为负值;利用湍动能法计算的底床剪应力均小于同粗糙度下的雷诺应力法;在总体理查森数相同情况下,异重流掺混系数与底床粗糙度呈正相关.最后总结出粗糙底床对异重流的主要影响为:摩阻力增加、掺混作用强化、近底床区域密度重分布、湍流边界层变厚及纵向时均流速剖面峰值点“爬升现象”的出现. 展开更多
关键词 异重流 持续入流 粗糙底床 湍流特性 底床剪应力
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床面粗糙度和底床渗透率对泥-水界面物质交换特性的影响 被引量：4
2
作者 樊靖郁 陈春燕 +2 位作者 赵亮 王岱峰 王道增 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期232-239,共8页
泥-水界面物质交换过程对自然水体中污染物的迁移转化起重要作用,粗糙底床界面物质交换过程涉及到床面粗糙度和底床渗透率的影响。通过实验室环形水槽实验测量得到水力粗糙砂质底床条件下界面物质交换通量的定量数据和变化特征,采用参... 泥-水界面物质交换过程对自然水体中污染物的迁移转化起重要作用,粗糙底床界面物质交换过程涉及到床面粗糙度和底床渗透率的影响。通过实验室环形水槽实验测量得到水力粗糙砂质底床条件下界面物质交换通量的定量数据和变化特征,采用参数化方法分析有效扩散系数与其主要影响参数之间的依赖关系。实验结果表明,在实验参数变化范围内,受上覆水平均流速、床面粗糙度和底床渗透率的共同作用,有效扩散系数从水力光滑区、过渡粗糙区至完全粗糙区呈现较为明显的分段变化特征,采用渗透率雷诺数可将有效扩散系数与其主要影响参数的依赖关系进行较为一致的描述。基于双参数(粗糙雷诺数和渗透率雷诺数)分析,确定了不同流动区域的相应阈值以合理表征床面粗糙度和底床渗透率对界面物质交换特性的综合影响。 展开更多
关键词 泥-水界面 物质交换 粗糙底床 渗透率 有效扩散系数
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异重流在不同粗糙底床上运动特性的实验研究 被引量：2
3
作者 林颖典 熊杰 +1 位作者 刘雅钰 韩东睿 《华中科技大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期114-119,共6页
进行一系列开闸式异重流水槽实验,考虑三种不同底床粗糙度对异重流运动特性的影响.通过高速摄像机拍摄异重流的运动过程,并利用粒子图像测速技术(PIV)记录局部流场结构.结果表明:异重流运动过程分为滑塌阶段和自相似阶段,底床粗糙度可... 进行一系列开闸式异重流水槽实验,考虑三种不同底床粗糙度对异重流运动特性的影响.通过高速摄像机拍摄异重流的运动过程,并利用粒子图像测速技术(PIV)记录局部流场结构.结果表明:异重流运动过程分为滑塌阶段和自相似阶段,底床粗糙度可以改变异重流的运动状态,尤其是通过底床附加阻力降低异重流头部速度并迫使其更早进入自相似阶段,但是对滑塌阶段速度影响不显著.异重流的弗劳德数在滑塌阶段变化不显著,而在自相似阶段呈现递减趋势;掺混系数随头部位置和理查德森数增大均呈现递减趋势,而粗糙底床可以加强掺混,增大掺混系数.异重流上界面与环境水体掺混形成正涡度带,下界面由于底床无滑移条件和底床流场结构的多方向性形成正负涡度带交错的现象,并且异重流剖面速度峰值会出现抬升现象. 展开更多
关键词 异重流 底床粗糙度 弗劳德数 掺混系数 粒子图像测速技术
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粗糙床面物质交换特性及其主导机制实验研究 被引量：1
4
作者 樊靖郁 陈春燕 +1 位作者 赵亮 王道增 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第3期673-679,共7页
粗糙底床泥-水界面区域的物质交换过程不仅与水动力作用有关,还涉及到底床物理特性和床面形态的影响.为研究粗糙底床渗透率和床面微地形对泥-水界面物质交换过程的综合影响,通过实验室环形水槽实验,测量得到不同砂质平整底床和存在离散... 粗糙底床泥-水界面区域的物质交换过程不仅与水动力作用有关,还涉及到底床物理特性和床面形态的影响.为研究粗糙底床渗透率和床面微地形对泥-水界面物质交换过程的综合影响,通过实验室环形水槽实验,测量得到不同砂质平整底床和存在离散粗糙元床面条件下,泥-水界面物质交换通量和有效扩散系数的定量数据和变化特征,并采用参数化方法分析无量纲控制参数变化范围内界面物质交换特性的主导机制.实验结果表明,粗糙底床渗透率和床面微地形共同对泥-水界面物质交换过程起重要作用.与平整底床相比,离散粗糙元局部绕流结构驱动的附加泵吸交换不同程度增大了界面物质交换通量,其增强效应与底床渗透率和床面粗糙度的变化密切相关.随底床渗透率和床面粗糙度的增大,有效扩散系数总体呈增大趋势,湍流渗透对界面物质交换的影响趋于增强,而泵吸交换的相对贡献趋于减弱.因此,分析存在床面微地形粗糙底床的主导界面物质交换机制,需要考虑底床渗透率和床面粗糙度的综合影响. 展开更多
关键词 泥-水界面 粗糙底床 微地形 物质交换 有效扩散系数
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不同底床粗糙对异重流运动特性的影响
5
作者 胡可可 杨彧 林颖典 《流体动力学》 2017年第4期141-150,共10页
本研究利用开闸式盐水异重流试验及数值模拟探讨在不同盐度及底床粗糙度的影响下对异重流运动特性的影响。实验利用粒子图像测速法(PIV)和摄像机可以记录整个异重流的运动过程,异重流头部的位置和速度是主要的研究区域。研究结果显示,... 本研究利用开闸式盐水异重流试验及数值模拟探讨在不同盐度及底床粗糙度的影响下对异重流运动特性的影响。实验利用粒子图像测速法(PIV)和摄像机可以记录整个异重流的运动过程,异重流头部的位置和速度是主要的研究区域。研究结果显示,底床铺设泥沙在异重流运动中扮演重要的角色,增加了底床摩阻,使头部的运动速度及涡度值明显降低,而且异重流头部变钝。利用重整化群(RNG)的k-ε湍流模式模拟研究异重流头部结构,发现数值结果和实验结果吻合良好,并可利用从剖面水平流速解释异重流加速区、等速区和减速区。当底床是光滑时,在两种流体的交介面有著因为卷吸作用所造成的负向速度,也就是异重流剖面水平速度产生剧烈变化;底床泥沙的存在改变了异重流的水平速度分布,使剖面流速并未出现负向流速。 展开更多
关键词 异重流 底床粗糙度
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岛礁海域的近岸水动力特性研究进展 被引量：6
6
作者 孙家文 房克照 +1 位作者 何栋彬 张振伟 《水道港口》 2018年第4期402-409,共8页
岛礁独特的地形地貌特征导致岛礁海域的近岸水动力特性极其复杂。研究分析波浪在岛礁地形上的传播变形过程及其相关水动力特性是当前研究的热点,国内外很多学者在该领域做了大量工作,取得了不少成果。文章从当前岛礁海域的近岸水动力特... 岛礁独特的地形地貌特征导致岛礁海域的近岸水动力特性极其复杂。研究分析波浪在岛礁地形上的传播变形过程及其相关水动力特性是当前研究的热点,国内外很多学者在该领域做了大量工作,取得了不少成果。文章从当前岛礁海域的近岸水动力特性主要研究方向入手,总结分析了国内外主要研究进展,并对当前研究在物理模型实验、现场观测实验、数值模型和岛礁海床大粗糙度特征处理上存在的限制和不足展开论述。 展开更多
关键词 岛礁 水动力特性 粗糙底床 数值模型
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一个概化的潮汐河口羽状流动力学的初步研究 被引量：1
7
作者 张洪龙 刘亚男 +1 位作者 卢丽锋 时钟 《海洋通报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第1期3-11,共9页
基于区域陆架海水动力-生态耦合模型(COHERENS)中的三维水动力模型,对一个概化的潮汐河口羽状流动力学进行了初步研究。在均一水深和无风的理想条件下,模拟得到了一个潮周期内概化的潮汐河口表层水体:a)羽状流流场和盐度场的平面分布;b)... 基于区域陆架海水动力-生态耦合模型(COHERENS)中的三维水动力模型,对一个概化的潮汐河口羽状流动力学进行了初步研究。在均一水深和无风的理想条件下,模拟得到了一个潮周期内概化的潮汐河口表层水体:a)羽状流流场和盐度场的平面分布;b)3种不同河流径流量作用下的羽状流流场和盐度场的平面分布;c)4种不同底床粗糙长度下的羽状流流场和盐度场的平面分布。结果分析表明:a)羽状流的长度在潮汐的作用下递增,而其最大宽度近似呈周期性的变化;b)羽状流的长度和最大宽度都随着河流径流量的增大而分别变长和变宽;c)羽状流的长度和最大宽度都随底床粗糙长度的增大而变小;d)无潮情况下羽状流的凸起明显并存在沿岸流,然而在有潮情况下凸起不明显且无沿岸流;e)水平扩散可能限制了沿岸羽状流的发展。 展开更多
关键词 羽状流 三维模拟 COHERENS 潮汐 河流径流量 底床粗糙长度 水平扩散
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