紊流相干结构及对推移质运动特性影响的研究

发布时间：2020-04-07 09:18

【摘要】：紊流中充满了不同类型和尺度的相干结构,控制着紊动的生成、传输和耗散等过程。紊动水流携带河床底部泥沙沿流向输移形成推移质运动,同时紊流中的相干结构与推移质运动具有密切的关系,研究紊流相干结构与泥沙运动之间相互作用规律,对流体力学和泥沙运动力学均具有重要意义。紊流相干结构是一种随机、复杂的过程,不同相干结构并非是独立存在,而是相互影响的,目前对此问题仍有争议,需进一步研究。此外,传统的推移质运动研究主要通过观测资料拟合推移质输沙率公式,对推移质输移与紊流相干结构之间相互作用机理的研究较少。本文研究的主要目的:加深对紊流相干结构的认识,分析紊流相干结构与推移质运动的相互作用机理,主要成果归纳如下:(1)采用无干涉的二维PIV系统,定量研究了插入式流速仪探头对其前方和展向流场的影响,建立了影响范围与模型直径之间的关系,为相关仪器设计及绕流研究提供参考依据。(2)对全水深范围内高低速条带结构特征尺度进行试验和分析计算,发现紊流条带结构从内区到外区的发育是一个连续的过程;探明了全水深范围明渠和槽道流条带结构特征尺度、PDF和面积百分比沿整个水深的分布规律;此外,从条带结构形成、发展及分布规律,论证了与之密切相关的附粘涡、流向涡和发夹涡结构等相干结构模型的合理性。(3)在紊流相干结构作用下,稀疏沙沿流向运动可形成条带状结构,其条带宽度在水槽中线处最大,从中线到水槽边壁逐渐变小,基本呈左右对称分布;稀疏沙运动过程中出现的条带结构,可通过流向涡模型进行解释,即相邻流向涡的反向旋转形成了稀疏沙运动的条带结构;稀疏沙在床面沿水槽横向上的平均分布曲线较光滑,表明沙条带运动位置的随机性,反应较细稀疏沙对水流跟随性较好,随紊流的随机脉动在床面摇摆前行,对紊流结构影响较小。(4)紊流相干结构的存在,导致推移质运动并不是一种平均化的过程;将推移质运动概率分布图和推移质床面三维重构坐标对比后,发现输沙率较高区域为床面凹槽,输沙率较低区域为床面凸槽;由于推移质运动形成的凹凸槽相间的床面形态,改变了原有的紊流相干结构,形成了稳定位置的类似二次流的流向涡结构。
【图文】：

(a)毕托管 (b)电磁流速仪 (c)热线风速仪 (d) ADV图 1.1 插入式流速测量设备插入式流速仪进行测量工作时，在流体中将形成类似钝锥形状的绕流，因可通过对绕流流场特性进行分析，确定探头对流场的干扰范围。早在196Baines(1963)测试风洞中不同钝体模型绕流流场，得到周围压力和流线的分布，，

PIV系统计算原理(陈启刚,2014)
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV142.2

【参考文献】

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本文编号：2617728