波流作用下層移輸沙的兩相流數(shù)值模擬.pdf

1、當(dāng)近海區(qū)域的床面剪切應(yīng)力足夠大時(shí)（謝爾茲參數(shù)大于0.8-1），海床將被沖刷平坦，海底將發(fā)生片流輸沙(sheetflow transport)現(xiàn)象。片流發(fā)生時(shí)，大量的泥沙在貼近床面很薄的一層內(nèi)整體輸移，在這一層內(nèi)泥沙的濃度很大。這一特殊的沿岸輸沙現(xiàn)象將導(dǎo)致海岸地形的變化，進(jìn)而促使近岸水動(dòng)力條件和海岸環(huán)境的巨大改變，所以研究這一獨(dú)特的沿岸輸沙形式是環(huán)境保護(hù)以及海岸工程評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)和前提條件，開(kāi)展有關(guān)片流輸沙的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬計(jì)算十分有必要。

2、
　　在不同的近海水動(dòng)力條件下，片流輸沙有著自己獨(dú)特的輸移規(guī)律。對(duì)此，不同學(xué)者采用不同的手法對(duì)片流輸沙展開(kāi)科學(xué)研究，包括實(shí)驗(yàn)、理論和模型模擬研究。在數(shù)值模型模擬片流輸移的計(jì)算中，不同研究采用了不同類(lèi)別的模擬方程。在這些模擬中，將水沙兩相分開(kāi)考慮的片流模型被稱(chēng)作兩相流模型。已有的兩相流模型存在著共同點(diǎn)，同時(shí)又相互區(qū)別。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn):這些不同模型的區(qū)別主要在于時(shí)均化雷諾方程的求解方法，也就是模型對(duì)湍流結(jié)構(gòu)的模擬方法不同。本文基于Tro

3、wbridge& Madsen(1984)研究，從簡(jiǎn)單的時(shí)均雷諾剪切應(yīng)力出發(fā)，研究了水沙兩相流中湍流渦動(dòng)的時(shí)間結(jié)構(gòu)，將全新的隨時(shí)間變化的渦粘性系數(shù)和泥沙擴(kuò)散系數(shù)引入到兩相流模型中。
　　在模型建立之后，本文分析了模型的正確性和適用性，對(duì)模型預(yù)測(cè)的泥沙濃度時(shí)空分布和泥沙周期平均輸沙率進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。在驗(yàn)證過(guò)程中研究選用一系列經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這些實(shí)驗(yàn)包括正弦波浪作用下的實(shí)驗(yàn)和波流共同作用下的實(shí)驗(yàn)。對(duì)于正弦波浪條件下，本文模擬和討論了兩

4、個(gè)典型的片流實(shí)驗(yàn):Horikawa et al.(1982)實(shí)驗(yàn)和Ribberink& Al-Salem(1995)實(shí)驗(yàn);對(duì)于波流共同作用條件下，本文模擬和分析了Dohmen-Janssen(1999)所實(shí)施的同一水動(dòng)力條件下三種不同泥沙粒徑的片流實(shí)驗(yàn)。另外，本文還進(jìn)行了一系列模型間的比較研究。這些對(duì)比的模型包括:Dong&Zhang(2002)混合長(zhǎng)度模型、Liu& Sato(2005b)混合長(zhǎng)度模型和Amoudry(2014)二方程