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基于CFD的簇状刚性植被弯道水流水力特性研究

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中国农村水利水电 2024年

作者：杨鑫李兴国孙雪岚李智太原理工大学水利科学与工程学院

为探究连续弯曲河道中植被对水流水力特性的影响规律，利用雷诺应力模型模拟含簇状刚性植被的连续弯道水流。研究表明，弯道水流因离心力和弯道形态作用，形成高流速区紧贴凸岸，低流速区靠近凹岸的流速分布现象。植被的存在抑制了其上... 详细信息

为探究连续弯曲河道中植被对水流水力特性的影响规律，利用雷诺应力模型模拟含簇状刚性植被的连续弯道水流。研究表明，弯道水流因离心力和弯道形态作用，形成高流速区紧贴凸岸，低流速区靠近凹岸的流速分布现象。植被的存在抑制了其上游高、低流速区发展，促进了流速均匀分布，凹岸侧植被扩大了高、低流速区范围，而凸岸侧植被造成下游高、低流速区位置互换，对流场影响显著。植被同时也影响了湍流结构，减缓水流流速梯度，使湍流强度整体削弱，增强了流场稳定性。植被对湍流动能的影响主要在弯道顶部和下游段，使湍流动能分布更加均匀。此外，植被还影响其上下游的水位变化，导致水面纵比降加大，横向扭曲加剧，尤其对凸岸侧水位影响较大。

关键词：弯道水流数值模拟雷诺应力模型流速分布湍流动能

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丁坝对弯道水流特性影响分析

河南水利与南水北调 2024年第1期53卷 85-87页

作者：郭相军胡方方郭海洋安阳市河道事务中心河南安阳455000 安阳绿捷能源服务有限公司河南安阳455000

丁坝有调整河道流势的作用,是常见的水工构筑物。文章通过实验分析河道丁坝布设位置对弯道水流特性的影响。结果表明:丁坝的布设离弯道入口越近,处于坝前的水流流速越小,处于坝头的水流流速越大;短丁坝设置在弯道45°位置和90°位置时,... 详细信息

丁坝有调整河道流势的作用,是常见的水工构筑物。文章通过实验分析河道丁坝布设位置对弯道水流特性的影响。结果表明:丁坝的布设离弯道入口越近,处于坝前的水流流速越小,处于坝头的水流流速越大;短丁坝设置在弯道45°位置和90°位置时,左岸水流流速呈先减小再增大趋势,右岸水流流速呈先增大再减小趋势。以上研究可为丁坝建设工程提供参考。

关键词：弯道水流丁坝横比降纵向流速

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弯道水流对下游回水响应特征试验研究

水科学进展 2010年第5期21卷 600-605页

作者：孙一赵小娥王协康四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065

弯道水面横比降及断面环流是弯道水流的显著特性。通过U形弯道水流壅水试验,对弯道水面横向比降、横向流速分布、环流强度、紊动能及纵向流速沿程的变化进行了试验研究。结果显示,随着下游回水的抬高,弯道水面横比降、横向流速分布、环... 详细信息

弯道水面横比降及断面环流是弯道水流的显著特性。通过U形弯道水流壅水试验,对弯道水面横向比降、横向流速分布、环流强度、紊动能及纵向流速沿程的变化进行了试验研究。结果显示,随着下游回水的抬高,弯道水面横比降、横向流速分布、环流强度、紊动能及纵向流速将发生明显的改变。为深入探讨下游回水对弯道水流结构的影响提供了科学依据。

关键词：弯道水流下游回水响应特征流速分布环流强度紊动能试验研究

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弯道水流的混合有限分析解

华中科技大学学报（自然科学版） 2007年第2期35卷 96-97,100页

作者：槐文信何书琴曾玉红武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

建立了基于曲线拟合坐标系下的平面二维弯道水流数学模型,采用混合有限分析法进行了离散,对强弱弯曲河道矩形断面水流进行了数值计算.弱曲率弯道主流速度沿弯道外岸逐渐增加,在离心力作用下主流最大流速由凸岸逐渐向凹岸转移;且弯道水... 详细信息

建立了基于曲线拟合坐标系下的平面二维弯道水流数学模型,采用混合有限分析法进行了离散,对强弱弯曲河道矩形断面水流进行了数值计算.弱曲率弯道主流速度沿弯道外岸逐渐增加,在离心力作用下主流最大流速由凸岸逐渐向凹岸转移;且弯道水流的水面为一扭曲面,凹岸的水位线常形成上凸曲线,凸岸的水位线常形成下凹曲线.水面形态和流速重分布与相关文献实验结果符合良好,表明混合有限分析法与曲线拟合坐标的结合是一种可适用于弯道水流计算的有效格式.

关键词：混合有限分析法平面二维浅水方程弯道水流

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弯道水流纵向流速剖面的试验研究

水力发电学报 2010年第4期29卷 84-88页

作者：童思陈许光祥钟亮重庆交通大学河海学院重庆400074

弯道水流特性的研究一直备受重视,而弯道水流纵向流速的分布则是其重要研究课题之一。本文运用弯道概化模型试验,利用ADV采集三维流速数据,对弯道水流纵向流速沿水深的分布进行了系统研究,得到了纵向流速剖面沿程和沿河宽的变化。研究表... 详细信息

弯道水流特性的研究一直备受重视,而弯道水流纵向流速的分布则是其重要研究课题之一。本文运用弯道概化模型试验,利用ADV采集三维流速数据,对弯道水流纵向流速沿水深的分布进行了系统研究,得到了纵向流速剖面沿程和沿河宽的变化。研究表明,由于弯道水流的复杂性,试图采用单一计算模式来描述弯道纵向流速沿水深的分布是难以实现的。合理的流速剖面公式应当考虑水流参数、弯道尺度和参照部位等的综合影响。研究为进一步深入探讨弯道水流特性奠定了基础。

关键词：水力学弯道水流流速剖面试验研究

基于多松弛格子玻尔兹曼的弯道水流三维数值模拟

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水科学进展 2012年第4期23卷 523-528页

作者：丁全林王玲玲汪德爟方政河海大学力学与材料学院江苏南京210098 河海大学浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室江苏南京210098 河海大学水利水电学院江苏南京210098

为研究弯道水流现象并且拓展格子玻尔兹曼(Lattice Boltzmann Method,LBM)在水利工程领域的应用,建立了弯道水流的三维多松弛LBM演进模型,其中包括水流自由表面模拟、弯曲固壁边界处理以及紊流模型耦合求解等关键技术。应用该模型模拟... 详细信息

为研究弯道水流现象并且拓展格子玻尔兹曼(Lattice Boltzmann Method,LBM)在水利工程领域的应用,建立了弯道水流的三维多松弛LBM演进模型,其中包括水流自由表面模拟、弯曲固壁边界处理以及紊流模型耦合求解等关键技术。应用该模型模拟研究了不同流量下U型弯道的水流状态,得到了水位、最大水深平均流速以及紊动能等参数的分布规律。分析和实践表明,该模型能较好地模拟三维弯道水流现象。

关键词：多松弛格子玻尔兹曼流体弯道水流紊流模型

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小宽深比条件下弯道水流特性的试验研究

工程科学与技术 2017年第6期49卷 38-46页

作者：马淼李国栋宁健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

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... 详细信息

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(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。

关键词：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

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垂向基于谱方法的三维弯道水流模型

清华大学学报（自然科学版） 2018年第10期58卷 914-920页

作者：杨飞傅旭东清华大学水利水电工程系

传统平面二维水动力模型模拟弯道水流时，将流速垂向分布固定化，不能随边界变化和二次流发展进行调整，而垂向完全自动调整的三维水动力模型计算效率低。该文采用谱方法将平面流速的垂向分布用正交多项式表示，通过加权余量法建立简易... 详细信息

传统平面二维水动力模型模拟弯道水流时，将流速垂向分布固定化，不能随边界变化和二次流发展进行调整，而垂向完全自动调整的三维水动力模型计算效率低。该文采用谱方法将平面流速的垂向分布用正交多项式表示，通过加权余量法建立简易三维模型，对流项采用基于Gauss点的半Lagrangian法（semi-Lagrangianscheme，SLS）计算。由急弯弯道水流试验验证可知，多项式阶数大于1时模拟结果较好。弯道主流线位置预测整体误差不超过7％，精度和传统的三维水动力学模型相当。对涡黏性系数简单求解，但考虑了垂向和水平方向的差异性，能够得到合理的弯道水流结构。垂向基于谱方法建立的三维模型，无垂向网格离散，计算量明显减少，获得了与平面二维模型相当的计算效率。

关键词：谱方法三维水动力学模型二次流弯道水流各向异性

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低坝工程对弯道水流特性影响试验和数值模拟

水科学进展 2023年第4期34卷 562-571页

作者：牛志攀杨航赵惟扬孟楚轲龙屹四川大学灾后重建与管理学院四川成都610207 四川大学水力学与山区河流开发重点实验室四川成都610065

弯道河流运动复杂,威胁河岸及周边设施安全。研究低坝对弯道水流特性的影响,可探讨低坝对于弯道水流灾害风险防治的作用。采用模型试验与数值模拟相结合的研究手段,参考岷江某支流部分弯道河段进行实体和数值建模,对比分析了建坝前后流... 详细信息

弯道河流运动复杂,威胁河岸及周边设施安全。研究低坝对弯道水流特性的影响,可探讨低坝对于弯道水流灾害风险防治的作用。采用模型试验与数值模拟相结合的研究手段,参考岷江某支流部分弯道河段进行实体和数值建模,对比分析了建坝前后流速、凹岸水位、断面横比降等水流特征变化。研究结果表明:低坝有效减小了弯道水面横比降和流速,同时降低了凹岸水面高度;在模型试验条件下(河床比降在0~52.5‰之间),建坝后相比于建坝前,流速、凹岸水面高度和弯道横比降降幅分别在6.7%~31.8%、3.7%~26.5%和9.8%~34.8%范围内,并给出了建坝后弯道横比降的预测公式。研究结果为弯道河流的洪涝灾害防治提供了科学参考。

关键词：低坝水流特性河床比降弯道水流横比降

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