《往復急變流作用下的沙質岸灘非恆定輸沙規律研究》是依託長沙理工大學，由陳杰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：往復急變流作用下的沙質岸灘非恆定輸沙規律研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳杰
- 依託單位：長沙理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
掌握近岸地區泥沙運動及其輸運機理是目前海岸工程研究中極其重要的前沿課題。本研究針對沙質岸灘波浪上爬和回落過程中產生的往復急變流，首先從實驗研究入手，基於PIV等現代化的測試手段，測量並分析單向急變流和往復急變流作用下的流速分布、紊動特性、無粘性均勻沙運動和岸灘非恆定輸沙規律。在此基礎上開展理論分析工作。考慮岸灘坡度和垂向流速的影響，開展泥沙顆粒受力分析，推導泥沙起動的臨界條件。探求接觸型推移質和跳躍型推移質的運動機理，並建立其運動理論模型和力學方程。系統研究流速過程的速度偏度和加速度偏度效應對泥沙輸運的影響，探討推移質非恆定輸沙規律及特性，推求推移質輸沙率公式，為海岸工程建設和學科發展服務。
結題摘要
掌握近岸地區泥沙運動及其輸運機理是目前海岸工程研究中極其重要的前沿課題。本研究從水槽實驗試驗入手，通過現代化的測試手段對往復急變流作用下的泥沙運動開展研究，主要工作和成果如下：(1) 對非恆定流的動力學特性進行分析，基於Saint-Venant方程，求解非恆定流傳播過程中的床面剪下應力和摩阻流速，分析傳播過程中的水流結構及其各水動力要素如非恆定參數、摩阻流速、床面剪下應力等因素的相互作用關係，得到了非恆定流的傳播速度、流量和水深的滯後變化規律。(2) 從動力學的角度出發，基於泥沙顆粒受力模型，通過加入非恆定流特徵參數項來表征非恆定流條件下對泥沙顆粒產生的慣性力，採用Morison方程中對慣性力的計算方法，引入到泥沙顆粒的切向運動方程和法向運動方程中，進而分別建立非恆定流條件下的均勻沙與非均勻沙顆粒滾動運動方程，分析泥沙顆粒運動的動力學特性，推導非恆定流作用下的起動流速與運動步長的解析解，揭示了非恆定流作用下的推移質顆粒的起動速度和運動步長與速度偏度，粒徑和暴露度之間的關係。(3) 對非恆定流作用下的推移質起動和輸移機理開展實驗研究。探求非恆定流作用下的均勻沙與非均勻沙輸沙率公式，分析了速度偏度、粒徑對泥沙輸運的影響，發現通過數值積分將非恆定流轉換成相同時間下的恆定流流速後，其輸沙率明顯小於非恆定流，同時發現了輸沙強度同水流強度參數、非恆定參數呈現良好的對數關係。同時，通過對非均勻沙的最終輸沙結果進行粒徑篩分，得到了非均勻沙的分組粒徑輸沙規律，發現非均勻沙的代表粒徑並不能採用單一的床面粒徑，隨著泥沙分布的不同，代表粒徑在發生變化。該項目研究成果可為海岸工程建設和學科發展服務。在本項目資助下，已發表學術論文23篇，其中SCI收錄4篇、EI收錄4篇，共培養已畢業碩士研究生4名。
