小宽深比条件下弯道水流特性的试验研究

作     者：马淼 李国栋 宁健 MA Miao;LI Guodong;NING Jian

作者机构：西安理工大学水利水电学院陕西西安710048 西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地陕西西安710048 

出 版 物：《工程科学与技术》 (Advanced Engineering Sciences)

年 卷 期：2017年第49卷第6期

页      面：38-46页

核心收录：

学科分类：080103[工学-流体力学] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 081502[工学-水力学及河流动力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51579206) 陕西省自然科学基础研究计划资助项目(2015JM5201) 

主　　题：弯道水流 水面横比降 横向环流 流速重分布 紊动强度 床面剪切力 

摘      要：在弯道水流中,几何参数宽深比对水流的3维运动特性具有重要影响。由于小宽深比(5)河道广泛存在于山区及人工河道中,采用声速多普勒流速仪(ADV)对固定宽度不同宽深比(B/H分别为1.5,2.0,3.0)的U型弯道内水流流速进行了精细测量,并以水面横比降、横向环流、流速重分布、紊动强度与剪切力为研究内容,讨论与分析了该情况下的弯道水流结构。试验结果表明,在小宽深比条件下增加宽深比时:1)水流动力轴线开始向凹岸偏移的位置提前,因而小流速主流线沿着凸岸流动,直到出弯道才开始向凹岸偏移,大流速则更早地向凹岸偏移;2)横向流速在凹岸开始波动的位置依次靠近上游,3种工况中波动位置分别为120°断面、90°断面及60°断面;3)凹岸表层附近出现次生环流的位置依次提前,其位置分别为120°断面、60°断面及30°断面,并且次生环流强度及范围不断增大;4)床面剪切力不断增大。需要指出的是:3种工况的剪切力在弯道入口断面到弯顶断面之间较大,最大剪切力位置均出现在弯道的前半段,可以推断在动床中弯道泥沙在此段的冲刷比较严重;过弯顶断面后,凸岸床面剪切力大于凹岸。试验结果可以有效地反映不同小宽深比参数对弯道水流结构的影响,并为该条件下的弯道泥沙冲淤研究提供参考。