分汊口水沙運(yùn)動(dòng)特征及三維水流數(shù)學(xué)模型應(yīng)用研究.pdf

1、分汊流是常見的水流運(yùn)動(dòng)形態(tài),常出現(xiàn)在天然河流、引水明渠等工程中,受邊界控制,水流結(jié)構(gòu)復(fù)雜,河道演變特殊.論文采用理論分析、分汊水槽試驗(yàn)和數(shù)值模擬等方法對(duì)分汊河道的相關(guān)問題開展了研究,主要內(nèi)容如下:(1)提出研究分汊流的意義,指出分汊流運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性,回顧了分汊流相關(guān)研究歷史和現(xiàn)狀,包括河道分流成因的研究、分汊河道水沙運(yùn)動(dòng)及演變規(guī)律研究、論述了數(shù)值模型研究進(jìn)展及在分汊流計(jì)算應(yīng)用現(xiàn)狀.(2)建立分汊河道分流比預(yù)測(cè)模型,包括:水位差等值法、動(dòng)量

2、平衡法、等含沙量法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)法.水位差等值法利用各支汊水位差相等條件;動(dòng)量平衡法利用分汊口動(dòng)量平衡原理;等含沙量法利用分汊河道各汊泥沙濃度相近條件;人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型則是應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的"黑箱子"原理和已有當(dāng)?shù)胤至髻Y料建立預(yù)測(cè)模型,各模型均有實(shí)例驗(yàn)證以說(shuō)明模型的可行性和正確性.(3)通過(guò)分汊水槽的分水分沙試驗(yàn),提出分汊口區(qū)域的水動(dòng)力結(jié)構(gòu)和泥沙運(yùn)動(dòng)特征.利用多普勒流速儀測(cè)定并分析了分汊口的水流結(jié)構(gòu);進(jìn)行分汊水槽的分沙比試驗(yàn)研究

3、,得出了分流比、水槽寬深比、分流角度以及泥沙顆粒對(duì)分沙比的影響關(guān)系.(4)探討正交網(wǎng)格的生成方法,提出了正交網(wǎng)格的待定函數(shù)生成法和水深權(quán)函數(shù)法,其中水深權(quán)函數(shù)法可考慮水深的影響,對(duì)因水深變化劇烈而導(dǎo)致水流條件復(fù)雜區(qū)域網(wǎng)格可局部加密.(5)推導(dǎo)了廣義曲線坐標(biāo)系下以逆變流速?gòu)埩孔鳛橹髯兞康亩S水動(dòng)力方程,新方程保持原有結(jié)構(gòu)形式及物理含義,采用水位校正法建立了二維水流數(shù)學(xué)模型,經(jīng)實(shí)測(cè)資料驗(yàn)證后的模型,模擬并分析了分流角度、寬深比等因素變化對(duì)分

4、汊流平面二維水流結(jié)構(gòu)的影響.(6)推導(dǎo)出以逆變流速?gòu)埩孔鳛橹髯兞康娜S水動(dòng)力方程,方程平面采用廣義曲線坐標(biāo),垂向采用伸縮σ坐標(biāo),新方程保持原有結(jié)構(gòu)形式和物理意義,采用SIMPLEC法建立了三維水流數(shù)學(xué)模型,經(jīng)實(shí)測(cè)資料驗(yàn)證后的模型,模擬不同邊界條件下的分汊口水動(dòng)力結(jié)構(gòu),得出分汊口底部流場(chǎng)較表層流場(chǎng)復(fù)雜,斷面存在橫向環(huán)流;大分汊角范圍內(nèi)的分汊角度變化對(duì)分流面影響較小分汊角范圍內(nèi)的分汊角度變化敏感;分汊流三維特性隨寬深比的增大而減小,寬深比大