不同来流条件下急弯段环流结构演化过程研究

作     者：胡呈维 余明辉 渠庚 HU Cheng-wei;YU Ming-hui;QU Geng

作者机构：长江科学院河流研究所武汉430010 长江科学院水利部长江中下游河湖治理与防洪重点实验室武汉430010 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072 

出 版 物：《工程力学》 (Engineering Mechanics)

年 卷 期：2025年第42卷第1期

页      面：259-272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(52009008 42006156 U2240224)%武汉市知识创新专项基础研究项目(2023020201010112) 

主　　题：弯曲型河流 急弯河段 弯道环流 水槽试验 数值模拟 

摘      要：弯道环流是弯道水流运动的典型特征之一，一直以来都是众多学者关注的重点。弯道环流主要分为两类：第一类由水流经过弯道时受到的径向压差力差而引起，流速较大;第二类主要由紊流各向异性引起，尽管流速很小，但其与弯道岸坡冲刷过程密切相关。然而当前成果较少关注第二类弯道环流发展演化过程。因此，该文采用弯道水槽试验与数值模拟方法得到的高精度三维流速数据，研究弯道环流结构的变化规律及其动力特性，特别是第二类弯道环流的发展变化。研究结果表明：对于高雷诺数的急弯水流，由于紊动各向异性特征明显，弯道水流常会出现多个环流;对于纵向流速，当水流流经弯顶断面后，纵向流速沿垂向的分布已经明显偏离对数流速分布;当水流经过弯顶断面后，纵向流速沿着垂线存在着显著的均匀化趋势;当弗劳德数较大时，大尺寸涡体在不断分解中，使得原来的各向异性影响越来越小，凹岸附近的小尺寸环流趋近于各向同性状态，造成凹岸小环流逐渐微弱并最后消失;急弯段中环流与纵向水流互馈作用十分显著，弯道环流将对断面内的动量进行重分配，携带某些高速流体到断面内的其他区域，因此，在出现弯道环流的区域其纵向流速也一般比较小。