方柱绕流的piv实验及数值研究

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1、学校代码：10264研究生学号：M120306654上海海洋大学硕士学位论文题目：方柱绕流的PIV实验及数值研究StudyonCurrentAroundaSquareColumnUsingParticleImage英文题目：VelocimetryExperimentandNumericalSimulation专业：环境科学与工程研究方向：河流动力学及海岸动力学姓名：杨继忠指导教师：顾杰教授二O一五年六月十三日上海海洋大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经明确注明和引用

2、的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海海洋大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□学位论文作者签名：指导教师签名：日期：

3、年月日日期：年月日上海海洋大学硕士学位论文答辩委员会成员名单姓名工作单位职称备注詹咏上海理工大学副教授主席印春生上海海洋大学教授委员刘浩上海海洋大学副教授委员丁俊上海海洋大学秘书答辩地点教学楼2111答辩日期2015.6.4上海海洋大学硕士学位论文方柱绕流的PIV实验及数值研究摘要方柱绕流现象广泛存在于桥梁工程、海洋工程和城市建设等工程科学领域中，例如桥墩、石油开采平台、城市高层建筑以及拦污栅等。它包含了分离、再附、回流与旋涡脱落等复杂流动现象，全面深入地研究方柱周围的流场特性对人们解决相关实践工程中的问题具有重要意义。本文首先简单回顾了近年来国内外学者对方柱绕流特性的研究

4、，然后采用物理模型实验与数值模拟相结合的方法，从理论上对水体中方柱绕流的流场特性进行了更深入的研究。物理实验部分重点研究了不同来水流量情况下的方柱绕流流场特征。主要从方柱上游、左右两侧和下游的时均流场以及方柱下游的瞬时流场四个方面对实验结果进行了分析。其主要结论为：(1)增大流量对方柱上游时均流场的影响，表现为对低流速区域分布影响较小，而对较高流速区域分布的影响较大；(2)在方柱左右两侧分别形成了一个顺时针和逆时针的涡流，在该涡流远离壁面处形成了高流速区域，且该区域内的流速随着流量的增大而增大，但其相对特征流速的增幅随流量的增大反而减小；(3)在方柱下游形成了两个左右对称、

5、旋转方向相反的涡流，且流量的增大对回流区的长度影响很小，该回流区的长度基本与方柱边长为等量级关系但略大于方柱边长；(4)在瞬时流态方面，方柱下游水流呈周期性摆动，计算下游水流摆动周期并进一步计算斯特劳哈尔数，本实验获得的斯特劳哈尔数和前人实验获得的斯特劳哈尔数符合较好。数值模拟部分，本文按物理模型相同的尺寸大小，采用MIKE3建立方柱绕流的三维数值模型。并通过实测的流速和水位数据对数值模型进行了验证，验证结果符合较好。在此基础上，对物理模型同种工况再进行了数值模拟分析计算，并与实验结果进行了对比，结果表明：(1)在方柱上游的时均流场中，两者低流速区和高流速区的分布较为一致，

6、且水流沿流动方向越靠近迎流面处流速越小，并逐渐分为左右两侧流动；(2)在方柱左右两侧的时均流场中，均分别形成了顺时针和逆时针的漩涡，流I上海海洋大学研究生毕业论文场分布情况基本一致；(3)在方柱下游的时均流场中，均形成了回流区和两个对称的涡流，且两者回流区的长度基本吻合；(4)对数值模型计算出的方柱下游连续时刻的流速矢量图分析表明，方柱下游的水流亦呈周期性摆动，并伴有左右两侧涡流的交替脱落，其摆动周期和斯特劳哈尔数与由物理模型结果计算得到的周期及斯特劳哈尔数差异较小，说明本次数学模型模拟的结果也是正确的。关键词PIV，方柱绕流，斯特劳哈尔数，水槽实验，MIKE3II上海海洋

7、大学研究生毕业论文StudyonCurrentAroundaSquareColumnUsingParticleImageVelocimetryExperimentandNumericalSimulationABSTRACTThephenomenonofturbulentaroundsquarecolumnexistswidelyinengineeringscientificfieldscoveredinbridgeengineering,marineengineeringandurbanconstruction,s