弯曲型交汇河口三维数值模拟研究
2019-05-13何勇,金生
水利与建筑工程学报 2019年2期
何 勇,金 生
(大连理工大学 水利工程学院, 辽宁 大连 116024)
大河大弯,小河小弯是天然河流的基本特征[1],自1876年Thomson[2]发现弯道螺旋水流之后,对弯道水流的研究就从未停止,并取得了丰硕成果,理论研究方面,如计算横向流速分布的波达波夫公式[3]和罗索夫斯基公式[4],计算水面横比降的罗索夫斯基公式、张红武公式,计算弯道环流分布规律的Odgaard公式、张红武[5]公式等。数值计算方面,国内外学者建立了很多弯道水流数学模型,如Ruther等[6]、khosronejad等[7]、Zeng等[8]和陈翠霞等[9]分别对弯道水流进行模拟并取得了较好的模拟效果。我国河流众多,河流交汇形成交汇河口,对内河航运的发展起着控制性的作用,而且交汇河口水力特性复杂,河床冲淤剧烈,常常形成江心洲和浅滩。对于交汇河口的水力特性和泥沙输移问题,国内外学者也曾有过研究,如Best等[10]研究了交汇河口分离区大小,Eric Dean Shumate[11]曾就90°直渠交汇河口在不同汇流比时的水力特性问题进行过系统研究,Ribeiro等[12]通过实验研究了明渠交汇口的水流和泥沙冲淤特性。兰波[13-14]也对国内山区交汇河口的交汇情况及不同季节的汇流比进行过统计分析。但目前对于弯曲型交汇河口的研究,特别是对弯曲型交汇河口的数值模拟研究还比较少。本文采用正交网格有限差分法求解完全离散的Navier-Stokes方程来研究弯曲型交汇河口的水力特性,其中主渠为120°弯道,支渠以90°角分别交汇于主渠弯顶凹岸和凸岸,交汇后流量为0.17 m3/s,主渠进口流量与总流量的比值定义为流量比q*,分别为0.250、0.417、0.750(见图1)。……
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