波浪往复流作用下沙纹床面的旋涡结构和悬沙运动数值研究

作     者：侯新妤 陈鑫 HOU Xin-yu;CHEN Xin

作者机构：中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 中国农业大学北京市供水管网系统安全与节能工程技术研究中心北京100083 

出 版 物：《工程力学》 (Engineering Mechanics)

年 卷 期：2024年第41卷第10期

页      面：200-211页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081502[工学-水力学及河流动力学] 0815[工学-水利工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(41961144014) 

主　　题：往复流 涡动沙纹 涡识别 颗粒尾涡 近底边界条件 

摘      要：波浪作用下沙纹上的泥沙输运在海岸地貌的塑造中具有重要的地位,但相关的传统数值模型的精度受制于泥沙近底边界条件等因素。从最大程度节省计算成本且保证精度的角度考虑,该文发展了单相流的泥沙输移扩散数值模型以研究波浪往复流作用下沙纹床面的旋涡结构和悬沙运动。泥沙近底边界条件考虑了非线性波作用下的加速度效应和非对称边界层发展,以及泥沙的质量守恒和相位差效应。模型考虑了颗粒惯性及尾涡对泥沙运动的影响,同时以更适合沙纹上逆压梯度流的SST k-ω紊流模型闭合时均雷诺应力。数值结果与实验数据符合良好,可以准确预测沙纹固定点的周期浓度变化以及平均悬沙浓度在垂向上的分布。该文进一步选用边界截止涡量进行了涡中心、涡大小和涡强度的定量分析,用数值结果描述了旋涡的形成、发展和喷射过程以及对应的沙云团发展。