明渠流条件下丁坝水流特性研究

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1、上海交通大学硕士学位论文明渠流条件下丁坝水流特性研究硕士研究生：李子龙学号：1120109008导师：张景新副教授申请学位：工学硕士专业：流体力学院系：船舶海洋与建筑工程学院工程力学系上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院2015年1月DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityForthedegreeofmasterNUMERICALINVESTIGATIONSOFFLOWCHARACTERISTICSAROUNDSPURDIKESINANOPENCHANNELCandidate:LiZilongStudentID:11201

2、09008Supervisor:Assoc.Prof.ZhangJingxinAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:FluidMechanicsAffiliation:SchoolofNavalArchitecture,OceanandCivilEngineeringSchoolofNavalArchitecture,OceanandCivilEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghai,P.R.ChinaJanuary,2015上海交通大学硕士学位论文摘要明渠流

3、条件下丁坝水流特性研究摘要丁坝结构广泛应用于水利工程中，用以调整水流，护滩固堤，维护优良的水道通航条件。本文针对丁坝局部水流，建立了三维自由表面水流模型，模型基于非结构网格，采用有限体积法（FVM），湍流模型采用S-A一方程模型。本文首先针对非淹没、正挑单丁坝，开展了系列Fr数条件下的水流模拟。重点分析丁坝周围附近局部流动结构，探讨丁坝坝根处局部涡系时间和空间演化等特征，研究了丁坝下游回流区长度和宽度的变化，分析了河床底部摩擦力线的变化，总结了丁坝引起的剪切流的沿程变化特征。本文然后针对非淹没、正挑双丁坝，开展了系列Fr数条件下的水流模拟。重点分析坝田区内水流结构，探讨上游丁坝

4、坝根处局部涡系的时间和空间演化等特征；讨论了上游和下游丁坝回流区长度和宽度的变化，分析了Fr数对坝田区内水流流态的影响；讨论了河床底部摩擦力线的变化；分析了自由表面附近二维大尺度相干结构（2DLCS）的变化特征；描述了主流区和坝田区之间剪切层的发展，研究了主流区和坝田区之间的物质交换。关键词：丁坝；浅水；剪切流；马蹄涡；丁坝水流；有限体积法；自由表面模拟第I页上海交通大学硕士学位论文ABSTRACTNUMERICALINVESTIGATIONSOFFLOWCHARACTERISTICSAROUNDSPURDIKESINANOPENCHANNELABSTRACTSpurdikes

5、tructuresarewidelyusedinhydraulicengineering，byconstructingseriesofspurdikesperpendiculartotheriverbanks，andasaresult，theflowiskeptawayfromtheerodiblebanks，atthesametimethelaterallyconfinedflowattainsasufficientlyhighvelocitytokeepthenavigationchannelattheproperdepth.Thispaperisconcernedwith

6、theflowsaroundspurdikes.Weestablisheda3Dmodelwithfreesurface，whichisbasedonunstructuredmeshes.Weemployedfinitevolumemethod(FVM)todiscretizethegoverningequationsandaoneequationS-Aturbulencemodelwasusedtosimulatetheturbulentflow.Firstly，forstudycaseswithdifferentFrnumber，weanalyzedtheflowstruc

7、turesnearanemergedspurdikeperpendiculartothesidewall，discussedtheformationofthevortexsystematthebaseofthespurdikeanddescribedthespatialandtemporalevolutionofHVsystem.Theanalysiswasfocusedonpredictingthelengthandwidthoftherecirculationzone，thevariat