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相似文献
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1.
细颗粒泥沙净冲刷和输移的大涡模拟研究   总被引:1,自引:1,他引:0  
在传统水沙输移数值模拟研究中一般采用雷诺时均模拟技术(Reynolds-averaged simulation,RANS).与RANS相比,大涡模拟技术(large eddy simulation,LES)能够更加精确反映细部流动结构,计算机的发展使得采用LES探讨水流和泥沙运动规律成为可能.本文尝试给出净冲刷条件下悬沙计算的边界条件,采用动态亚格子模式对循环槽道和长槽道中的水流运动和泥沙输移进行了三维大涡模拟研究.利用直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)结果对LES模型进行了率定,计算结果符合良好,在此基础上初步探讨了泥沙浓度、湍动强度和湍动通量等的分布特征.结果表明,净冲刷条件下输沙平衡时泥沙浓度符合Rouse公式分布,单向流动中泥沙浓度沿着流向逐渐增大.泥沙浓度湍动强度和湍动通量都在近底部达到最大值,沿着垂向迅速减小.湍动黏性系数和扩散系数基本上在水深中间处达到最大.湍动Schmidt数沿着水深方向不是常数,在近底部和自由水面附近较大,在水深中间处较小.  相似文献   

2.
黄茅海波-流共同作用下的三维悬沙数值模拟   总被引:1,自引:0,他引:1  
针对黄茅海河口区波流相互作用显著、三维空间结构明显及泥沙运动复杂等特点,联合第3代海浪模式SWAN,建立了波流共同作用下的三维悬沙数学模型.在水流计算中,考虑了波浪产生的辐射应力影响,波浪依赖的表面风应力影响及波浪影响下的底部剪切应力,并采用k-kl紊流闭合模型提供垂向涡粘系数和垂向扩散系数.悬沙扩散方程中的源函数利用切应力法确定,泥沙沉降速度考虑絮凝作用,从而提高黄茅海悬沙场数值模拟精度.通过含沙量实测资料验证,模拟值与实测值符合较好.在模型验证的基础上,讨论了不考虑波浪与考虑波浪两种情况下黄茅海的悬沙分布特征,为工程实际研究提供了依据.  相似文献   

3.
陈鑫  余锡平 《力学学报》2012,44(1):65-70
基于雷诺平均的水沙两相流方程, 建立了一个非平衡全沙输移二维数学模型. 模型考虑相间相对运动以及多颗粒之间的相互影响, 通过相间作用力进行两相耦合.和传统的单相流模型以及低浓度两相流模型相比, 该模型摆脱了依赖经验公式给定床面边界条件的局限性. 针对明渠净冲刷问题, 在合理给定水相和泥沙相边界条件的前提下计算了泥沙浓度分布的沿程变化, 并利用物理模型实验的结果和理论解验证了数学模型的正确性,同时也分析了明渠净冲刷问题中紊动扩散和重力沉降现象的特征.   相似文献   

4.
在城市合流污水泵站普遍存在着严重程度不同的泥沙淤积问题,对泥沙输移、沉积研究较多的是明渠、河道、河口、海洋、港口等,而对泵站前池、高位井泥沙沉积、冲淤的研究仍多为定性分析。本文通过选用人工轻质沙电木屑,即通过降低模型沙的比重来相对增大粒径,达到模型和原型冲淤相似。对南线A污水泵站进行浑水模型试验,研究分析污水中固体颗粒在泵站前池和高位井中输移、沉降和冲淤规律,发现原设计方案前池固体颗粒淤积较严重,提出前池设置导流墩、倾角为45°的压水板和垂直挡水板相应的优化方案,均不同程度获得前池较好的流态,固体颗粒淤积也有较大减少。  相似文献   

5.
定床弯道内水沙两相运动的数值模拟   总被引:1,自引:0,他引:1  
刘诚  沈永明 《力学学报》2009,41(3):318-328
在适体同位网格中采用非正交曲线坐标系下的三维k-ε-kp固液两相双流体湍流模型研究弯道内水流和悬浮泥沙运动,主要计算了试验室S型水槽内清水流动的三维流场、120°弯道内水沙两相流动中底沙与底流的运动轨迹以及S型水槽内水沙两相流动的两相流场和泥沙浓度场. 对于S型水槽内清水流动,数值结果与试验结果吻合良好. 120°弯道内水沙两相流动中固液两相的运动轨迹在弯道直线段基本重合,在弯道内泥沙轨迹逐步偏离水体轨迹,其偏离程度随泥沙粒径增大而增大. 从S型水槽内水沙两相流动计算结果中发现泥沙纵向流速在壁面附近比水流纵向速度大,在远离壁面区域比水流纵向速度小;弯道内泥沙横向流速比水流横向流速小;垂向流速在直线段和泥沙沉速相当,在弯道内受螺旋水流影响而变化;两相流速差别随泥沙粒径增大而变大;泥沙浓度呈现下浓上稀的分布,在弯道内横向断面上呈现凸岸大凹岸小的分布,泥沙浓度随泥沙粒径增大而减小.   相似文献   

6.
沈良朵  邹志利 《力学学报》2011,43(6):1091-1102
海岸水域波浪引起的物质输移扩散存在着不同于水流引起的物质输移扩散的特征. 通过解析的方法对垂向扩散方程进行求解, 推导出波浪和潮流共同作用下的海岸水域物质输移离散系数的理论公式. 分析中将总的离散系数分为潮流、质量输移流、纯波浪波动作用以及潮流与质量输移流、潮流与波浪波动、质量输移流与波浪波动的相互作用6部分, 通过分析各组成部分特征, 得出海岸水域物质输移中波浪所产生的离散效应主要是质量输移流贡献, 波浪水质点运动及波流相互作用对时间平均离散系数的贡献较小的结论.仅波浪的作用(不包括潮流)的有关结果与他人数值模拟和实验结果的吻合良好, 证明了该理论推导的正确性. 给出了时间平均离散系数及离散系数波动幅值随波浪周期和波高的变化特征,同时将结果应用于垂向环流, 给出了垂向环流对应于质量输移流所产生的离散系数的特征.   相似文献   

7.
泥沙输运模拟综述——现状及其发展趋势   总被引:1,自引:0,他引:1  
随着流体力学中数值方法的飞速发展,计算模型已经成为研究流体运动,泥沙输运和不同环境(诸如河流,湖泊及沿海地区)中相应污染物归趋过程等方面非常有吸引力的工具,在过去的30多年里,发展了许多计算水动力学/泥沙输运模型.文章追溯当前具有代表性的(一维、二维、三维)模型的发展历程,描述他们各自的特点,优势及局限,力图作为对模型方面感兴趣读者的第一指南,同时也为大家讨论模型的局限性,未来的发展趋势和研究需求方面搭建一个平台.给出了模型的表达,时空特性,水动力学和沉积物的耦合方式,处理非恒定流,推移质和悬移质,泥沙交换过程,泥沙类型(粘性或非粘性)及非均匀泥沙输运的能力.总结了不同模型的应用实例,读者可以运用这些例子作为研究模型设置,模型率定及模型验证的参考.给出了选择泥沙输运模型应遵循的原则,模型输入及率定方面存在的问题及改进的途径.探讨了现有水动力学/泥沙输运模型在处理复杂湍流,泥沙携带,流动与输沙耦合,非均匀泥沙,离散和扩散系数,河岸来沙处理等方面的局限性及改进的方向.最后,对基于多相流思想的泥沙输运模型及其它一些交叉性问题作了评述与展望.  相似文献   

8.
针对轨索移梁新工艺在悬索桥建设中的关键技术问题进行了理论分析和整体模型试验研究。根据柔索结构基本假定,建立了轨索移梁系统负载状态下的整体力学分析模型,并推导了主缆、吊索和轨索等各构件受力状态的计算方程。理论模型中,移梁小车所在轨索节段采用4个直线索单元模拟,其他位置的轨索节段采用1个直线索单元模拟。以矮寨悬索桥为工程背景,设计制作了轨索移梁体系的整体缩尺模型用以模拟移梁过程,测试了第一段梁从入轨到安装多个子工况的体系响应。理论计算结果与模型试验结果吻合良好,表明本文的计算方法正确有效,能解决轨索移梁工艺负载移梁过程中体系整体受力分析和轨索局部变形分析求解问题。该方法可简化计算过程,计算精度和结果能够应用于工程计算分析和求解,是一种适合于轨索移梁工艺负载状态下体系的分析方法。  相似文献   

9.
泥沙起动临界切应力研究   总被引:11,自引:0,他引:11  
泥沙起动是河流动力学基础理论中最基本的问题之一.从非均匀沙起动的特点出发,研究了泥沙颗粒起动的内在机理及水力、泥沙因素在泥沙起动中的作用.通过对瞬时作用流速及起动标准、泥沙颗粒在床面的相对暴露度、附加质量力等问题的分析及其表达式的引入,使泥沙起动在理论上进一步完善.采用泥沙颗粒沿床面滚动的模式,推得了非均匀沙起动临界无因次切应力公式.该公式包含了与水流脉动及泥沙颗粒相对暴露度相关的系数.对公式中的系数进行了理论分析,并采用实测资料进行了检验,证明了公式的合理性.  相似文献   

10.
一种新的有限元模型移频动力缩聚法   总被引:1,自引:0,他引:1  
张安平  陈国平 《计算力学学报》2011,28(2):168-172,295
将矩阵幂迭代法与移频技术相结合,建立了一种新的结构动力缩聚方法.该方法首先应用矩阵幂迭代法对结构的初始有限元模型进行一次缩聚,计算初始缩聚模型的特征值,然后通过判断低阶特征值的收敛情况确定移频位置,选择合适的移频值,建立移频后的广义特征方程;再根据矩阵幂迭代法迭代计算新的广义特征方程的动力缩聚矩阵,经迭代收敛后得到精确...  相似文献   

11.
针对风沙与水沙动力学研究的共性,提出风沙与水沙运动统一深度积分模式;在此基础上,将水沙运动过程多重时间尺度理论扩展至风沙运动,比较研究风沙与水沙运动向平衡状态调整的时间尺度特征. 数值算例与风洞实验结果对比表明,积分平均模型能够基本准确地捕捉风沙运动的输沙率变化等基本特征;风沙与水沙运动的积分时间尺度比较分析表明,风沙运动与水沙运动类似,推移质运动能够很快地调整到平衡状态,而悬移质运动调整到平衡状态则需要相对较长的过程,在湍流悬移质实验和数值模拟研究中应考虑恢复平衡过程的影响.  相似文献   

12.
The calculation of flow and sediment transport is one of the most important tasks in river engineering. The task is particularly difficult because a number of complex physical phenomena should be accounted for more realistically in a model with a predictive power. Three-dimensional calculations of river flow and suspended sediment transport are performed in this paper with application in the Three Gorges Reservoir in the Yangtze River. A period of 76 years after the dam is built is simulated and the results are compared with laboratory measurements obtained by Tsinghua University whereby the model is verified and calibrated. Generally speaking, the calculated results agree well with the experiments, demonstrating that the present model can be used for flow and sediment transport prediction in rivers. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (50009004)  相似文献   

13.
应用平面二维悬沙数学模型对方柱尾流区的泥沙输运及床面调整进行了数值模拟,并对重要物理参数做了分析说明。数值计算采用时间分裂一全隐式有限差分格式,流场的计算基于沿水深平均的RANS方程。通过系统的数值模拟,揭示了不同来流情况下,方柱尾流区的流态变化,及与之相应的床面变化规律,并对不同流态下的泥沙运动作了分析。计算结果表明在方柱尾流区,不同的流场流态对尾流区的床面调整有明显影响。流场较弱的情况下,尾流区中湍动强度相应较弱,此时悬浮泥沙由于流速减小而普遍落淤,床面应力的减小也致使床面冲刷量减小。随着流场强度的逐渐增大,尾流区中湍动强度相应增强,床面应力增大,同时湍流的强烈交换作用增强了对泥沙的输运作用,床面变化不再是简单的淤积状态,部分区域出现了冲刷。  相似文献   

14.
This paper introduces an improved formula for the bed‐shear stress by applying the vorticity effect and its application in a 3D flow and sediment model to estimate scouring around bridge piers. Up to now, the sediment transport formulae used for computing pier scour were developed based on the general scouring in unobstructed flow. The capability for numerical models to predict local scour around bridge piers was severely restricted by the sediment transport formulae. The new formula introduced in this paper can take into account vortices that affect the local scour process by adding some terms into the classic bed‐shear stress equation. The 3D numerical model system used in this study consists of three modules: (a) an unsteady hydrodynamic module; (b) a sediment transport module; and (c) a Fation module. The hydrodynamic module is based on the 3D RANS equations. The sediment transport module is comprised of semi empirical models of suspended load and non‐equilibrium bed load. The bed‐deformation module is based on the mass balance for sediment. The model was used to simulate pier scour in tree different test cases: (1) a circular pier; (2) a square pier; and (3) a rectangular pier, by applying the ordinary sediment equation and the newly introduced sediment equation. Results of both numerical simulations were compared against laboratory measured data and also in case 1 with result of Olsen and Melaaen (J. Hydraul. Eng. 1993; 119 (9):1048–1054). Comparisons show that the new sediment formula could predict the scour more accurately than the ordinary one. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

15.
河口混合与泥沙输运   总被引:8,自引:1,他引:7  
周济福  李家春 《力学学报》2000,32(5):523-531
根据振荡边界层理论和波流分解方法,导出了河口往复水流的流速垂向分布廓线,据此建立了河口垂向准二维水流、盐度、泥沙运动模型。对泥沙输运,完整地考虑了其对流、扩散、起动和沉降的动力学过程。模拟结果与实测资料进行了对比。应用该模型研究河口泥沙输运,分析了河口混合对泥沙输运的影响及最大浑浊带的时空变化规律。  相似文献   

16.
The aim of this work is to develop a well‐balanced finite‐volume method for the accurate numerical solution of the equations governing suspended sediment and bed load transport in two‐dimensional shallow‐water flows. The modelling system consists of three coupled model components: (i) the shallow‐water equations for the hydrodynamical model; (ii) a transport equation for the dispersion of suspended sediments; and (iii) an Exner equation for the morphodynamics. These coupled models form a hyperbolic system of conservation laws with source terms. The proposed finite‐volume method consists of a predictor stage for the discretization of gradient terms and a corrector stage for the treatment of source terms. The gradient fluxes are discretized using a modified Roe's scheme using the sign of the Jacobian matrix in the coupled system. A well‐balanced discretization is used for the treatment of source terms. In this paper, we also employ an adaptive procedure in the finite‐volume method by monitoring the concentration of suspended sediments in the computational domain during its transport process. The method uses unstructured meshes and incorporates upwinded numerical fluxes and slope limiters to provide sharp resolution of steep sediment concentrations and bed load gradients that may form in the approximate solutions. Details are given on the implementation of the method, and numerical results are presented for two idealized test cases, which demonstrate the accuracy and robustness of the method and its applicability in predicting dam‐break flows over erodible sediment beds. The method is also applied to a sediment transport problem in the Nador lagoon.Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

17.
淤泥质海岸泥沙运动活跃,泥沙淤积问题严重,直接关系到岸滩演变和海岸防护. 该文主要综合国内外有关研究成果,对淤泥质海岸黏性泥沙的流变特性,波浪与底泥之间的相互作用,波浪衰减以及波浪作用下的底泥质量输移作简要总结,供进一步研究参考.  相似文献   

18.
A Godunov method is proposed for the computation of open‐channel flows in conditions of rapid bed erosion and intense sediment transport. Generalized shallow water equations govern the evolution of three distinct interfaces: the water free‐surface, the boundary between pure water and a sediment transport layer, and the morphodynamic bottom profile. Based on the HLL scheme of Harten, Lax and Van Leer (1983), a finite volume numerical solver is constructed, then extended to second‐order accuracy using Strang splitting and MUSCL extrapolation. Lateralisation of the momentum flux is adopted to handle the non‐conservative product associated with bottom slope. Computational results for erosional dam‐break waves are compared with experimental measurements and semi‐analytical Riemann solutions. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

19.
In‐depth‐averaged and cross‐section‐averaged morphodynamic models, based on explicit time integration, it may happen that the computed bed level becomes lower than the top level of a non‐erodible layer (e.g. concrete, bedrock or armoured layer). This is a standard pitfall, which has been addressed in different ways. In this paper, we present an original approach for avoiding computation of non‐physical bed levels, using an iterative procedure to correct the outward sediment fluxes. The procedure is shown to be computationally efficient while it achieves a high accuracy in terms of mass conservation. We compare our original approach with the existing Struiksma's method and with a reformulation of the problem in terms of mathematical optimization of a linear or nonlinear objective function under linear constraints. The new procedure has been incorporated into an existing finite volume morphodynamic model. It has been validated with several 1D benchmarks leading to configurations with sediment transport over non‐erodible bottom. The computation time has been verified not to increase by more than 15% compared with runs without non‐erodible bottom. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

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