细颗粒泥沙净冲刷和输移的大涡模拟研究

在传统水沙输移数值模拟研究中一般采用雷诺时均模拟技术(Reynolds-averaged simulation,RANS).与RANS相比,大涡模拟技术(large eddy simulation,LES)能够更加精确反映细部流动结构,计算机的发展使得采用LES探讨水流和泥沙运动规律成为可能.本文尝试给出净冲刷条件下悬沙计算的边界条件,采用动态亚格子模式对循环槽道和长槽道中的水流运动和泥沙输移进行了三维大涡模拟研究.利用直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)结果对LES模型进行了率定,计算结果符合良好,在此基础上初步探讨了泥沙浓度、湍动强度和湍动通量等的分布特征.结果表明,净冲刷条件下输沙平衡时泥沙浓度符合Rouse公式分布,单向流动中泥沙浓度沿着流向逐渐增大.泥沙浓度湍动强度和湍动通量都在近底部达到最大值,沿着垂向迅速减小.湍动黏性系数和扩散系数基本上在水深中间处达到最大.湍动Schmidt数沿着水深方向不是常数,在近底部和自由水面附近较大,在水深中间处较小.     

浮运沉井施工期三维冲刷的数值模拟

研究了天然水沙条件下,变密度紊流在一般曲线坐标系中的基本方程和边界条件;运用三维有限分析法的新27点格式和不均匀床沙的起动流速公式,计算了浮运沉井施工期河床的冲刷情况。计算表明,以上方法在水沙两相流局部边界复杂的三维计算中具有较好的精度和适应性.     

一维河网泥沙输移模式研究

推导了一种显式的河网 泥沙输移递推计算方法, 该方法在水动力学计算结果所确定的汊点类型基础上, 直接计算每 个河段中逐个节点的不平衡泥沙输沙过程以及悬沙和床沙的级配调整, 克服了传统方法中必 须通过首末断面含沙量关系确定河网悬沙矩阵求解的困难. 将该泥沙输移模式的一维河网水 沙数学模型, 应用于长江三峡下游荆江-洞庭湖河网区域, 并取得了较好的计算结果.在模型 验证之后, 进一步讨论了采用新的泥沙输移计算模式和原有泥沙输移计算模式在计算 时间上和计算内容方面的差别.     

透水床面明渠湍流时空平均特征的大涡模拟与分析

基于大涡模拟数据,研究了理想粗糙透水床面明渠湍流的时空平均特性. 考虑到空间异构性,对比分析了不同位置的时空平均流速、雷诺剪应力、构造剪应力、脉动幅度的垂线分布. 结果表明:第一,顶层床面之上,空间异构性的影响较小,不同位置的双平均流速符合类似的对数分布,但由于透水床面影响,卡门常数较不透水床面小;在床面附近,空间异构性影响较大,不同位置的双平均流速分别符合线性分布与多项式分布;在透水河床内部,靠近底层球孔的双平均流速为上部球孔双平均流速的1.55 倍. 第二,床面之上,雷诺剪应力占总剪应力的95% 以上,占有主体地位;床面附近,紊动较大,构造剪应力不能忽略,其值大约占总剪应力的15%.由于流场的各向异性,纵向与垂向的脉动幅度有所差异.