《複式斷面河彎多尺度環流和湍流結構及其輸沙機理研究》是依託天津大學，由許棟擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：複式斷面河彎多尺度環流和湍流結構及其輸沙機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：許棟
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
複式斷面河彎在沖積性蜿蜒河流中廣泛存在，由於受河谷彎曲、主槽彎曲、灘槽動量交換的綜合作用，存在多種尺度的二次環流，水流結構複雜。本項目擬研究主槽二次流、河谷二次流、灘槽二次流的內在結構，深入分析其尺度和量級特徵，揭示其耦合作用機制；研究環流影響下各向異性湍流的擬序結構。研究工作從水槽試驗入手，利用PIV和ADV等高精度儀器獲得時均和脈動水流的可靠信息，提取不同尺度的環流分量，研究各種環流的單獨貢獻和複合機制；採用嚴格驗證的數學模型，對主槽和河谷的不同組合形態，基於正交試驗設計進行精細水流數值模擬，分析河槽形態對環流結構的影響規律；在多尺度環流結構量級分析基礎上，放棄靜壓假定，建立考慮環流細節的理論模型，並針對不同套用環境進行邊界簡化和攝動求解，探討環流和湍流共同驅動下的推移質泥沙起動及輸移規律。項目研究將拓展河彎水沙運動研究領域，具有重要的工程套用價值。
結題摘要
複式斷面河彎在沖積性蜿蜒河流中廣泛存在，由於受河谷彎曲、主槽彎曲、灘槽動量交換的複合作用，存在多種尺度的二次環流，水流結構極為複雜，目前水沙運動機理認識仍然不足。本項目利用了物理模型實驗、數值模擬和理論分析等手段，深入分析了主流、環流及湍流結構尺度和量級特徵，揭示了其耦合作用機制；深入研究了環流影響下各向異性湍流的擬序結構，探討了環流和湍流共同驅動下的推移質泥沙起動及輸移規律。主要研究成果包括：建立了河彎演變理論研究的系統理論框架模式；基於有限體積法，建立了彎道水流運動模擬的全三維數學模型，並編制了一整套並行計算程式代碼；弄清了彎道中的二次環流結構、湍流結構及斷面形態、彎曲度等對其的影響機制；揭示了彎道中推移質泥沙起動、輸移規律，並建立了相應的理論模型；開展了彎曲河道中水流-床面作用及河床演變規律實驗研究；並初步開展了蜿蜒河流大尺度演變動力過程的研究工作。項目研究成果將豐富泥沙運動力學及河流動力學的內容，具有重要的理論意義和工程套用價值。
