论文摘要
马蹄涡是水下柱体基部产生局部侵蚀的主要动力,目前对大雷诺数深水条件的马蹄涡特征研究广泛,而在低柱体雷诺数浅薄层水流条件下因技术条件限制,试验手段难以准确捕获马蹄涡。为准确掌握在该水流条件下马蹄涡的特征,本研究构建了高分辨率高频的粒子图像测速系统,系统测量了6组浅薄层水流条件下柱体前端的瞬时流场。通过分析平均流场特征提取出流动分离点,采用旋转强度的方法识别马蹄涡进而提取马蹄涡位置及强度,使用Oseen涡和纯剪切的控制方程叠加模拟马蹄涡进而计算出马蹄涡的半径。结果表明:在低柱体雷诺数水流条件下(Re D<5 000),随着柱体雷诺数的增加流动分离点急剧向下游移动,同时马蹄涡急剧向柱体端和床面靠近,其半径减小而旋转强度增加。在浅薄层水流条件下,当柱体直径一定时,随着水深的增加,流动分离点向上游运动,同时马蹄涡向远离柱体端和朝水面运动,马蹄涡的半径增加,且其各项参数显著大于明渠水流条件下的参数。随后,结合已有工作,归纳出分离点、马蹄涡特征随柱体雷诺数增加而经历的不同阶段:当5 000<Re D<8 000流动分离点仍向下游急剧移动,马蹄涡的各项特征保持稳定;当Re D>8 000,流动分离点向下游缓慢移动,马蹄涡的各项参数仍维持稳定。研究结果可为柱体基部科学布设防冲设施提供依据和参考。
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文章来源
类型: 期刊论文
作者: 杨坪坪,张会兰,王云琦,王玉杰
关键词: 柱体绕流,马蹄涡,粒子图像测速,薄层水流,低雷诺数
来源: 工程科学与技术 2019年01期
年度: 2019
分类: 工程科技Ⅱ辑,基础科学
专业: 地球物理学,水利水电工程
单位: 北京林业大学水土保持学院重庆缙云山三峡库区森林生态系统国家定位观测研究站,北京市水土保持工程技术研究中心
基金: 中央高校基本科研业务费专项资金资助(2016ZCQ06,2015ZCQ-SB-01),国家自然科学基金资助项目(51309006)
分类号: TV13
DOI: 10.15961/j.jsuese.201800008
页码: 52-59
总页数: 8
文件大小: 3264K
下载量: 117
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