水沙两相流中泥沙相的紊动扩散特征.pdf

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1、A辑第27卷第2期水动力学研究与进展Vo1．27．No．22012年3月CHINESEJOURNALOFHYDRODYNAMICSMar．，2012DOI：10．3969~．issnl000-4874．2012．02．004水沙两相流中泥沙相的紊动扩散特征木陈鑫，余锡平(清华大学水利水电工程系水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京100084，Email：chenxin02@mails．tsinghua．edu．cn)摘要：为研究恒定流和往复流饱和输沙情况下的泥沙扩散系数的规律，此文根据水沙两相紊流理论建立一个适用于全沙输移的二维数学模型，并利用物理模型试验的结果验证数学模型的正确

2、性。研究表明，恒定流中水面处给定紊动动能为0的条件和给定紊动动能梯度为0的条件时，扩散系数的分布形式有很大的不同，但两种条件下浓度沿水深的分布没有明显的差别。往复流中泥沙扩散系数在水深方向上受浓度分布和往复流边界层内紊动特征的影响，呈现出一种十分复杂的时空变化规律。关键词：两相流；恒定流；往复流；扩散系数；数学模型中圈分类号：TV142．1文献标识码：AStudyofsedimentturbulencediffusivitybasedontwo—·phaseflowmodelCHENXin．YUXi—ping(StateKeyLaboratoryofHydroscienceandEng

3、ineering，DepartmentofHydraulicEngineering，TsinghuaUniversity,Beijing100084，China)Abstract：A2Dtwo-phaseflowmodelwasappliedtothestudyofsedimentdifusivityinsediment—ladensteadyuniformflowsandoscillatoryflows．Thenumericalresultswereverifiedbyavailableexperimentaldata．Itisshownthatthepresenceofthesed

4、imentinaflowchangesthediffusivityofthesediment．Inthesteadyuniformflow,thevariationofthemixingcoeficientintheverticaldirectiondependsontheboundaryconditionsoftheturbulentkineticenergyatthesurfacebutthedistributionofthesedimentconcentrationdoesnot．Intheoscillatoryflow,itisdemonstratedthatthevariat

5、ionofthemixingcoeficientintheverticaldirectioniscomplicatedlyrelatedtothedistributionofthesedimentconcentrationandtheturbulenceintensity．Keywords：two-phaseflow；steadyuniformflow；oscillatoryflow；sedimentmixingcoeficient；mathematicmodel收稿日期：2011．09．26(2012．01．10修改稿)基金项目：水沙科学与水利水电工程国家重点实验室基金(2011-K

6、Y-11作者简介：陈鑫(1983一)，男，福建省永定县人，博士研究生．Received：September26，2011(RevisedJanuary10。2012)Projectsupportedbyfoundafion：SupportedbythefoundationoftheStateKeyLaboratoryofHydroscienceandEngineeringofChina(2011．KY1、Biography：CHENXin(1983一)，Male，Ph．D．Candidate．142水动力学研究与进展A辑2012年第2期1引言鲁af+a=al等a]J挟沙水流中泥沙的紊动

7、扩散是影响泥沙输移的重要因素。然而，即使是在二维恒定均匀明槽流动这样的简单情况下，确定泥沙扩散系数在水深方向的分布也是不容易的。事实上，很多学者通过室内试验和野外实测研究，所得结果差异很大。比较多的研究者认为扩散系数类似抛物线型分布【l0】，但剀+也有不少作者认为扩散系数在水面附近近似为一常数L4曲J，还有一些学者认为扩散系数在水面附近随着水深的减小而增大J。在复杂流动中，包括波浪作用情况下，泥沙紊斗，+动扩散系数是一个依赖于时空坐标的复杂变量