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顾Zhenghua Xiaomeng曹,洪武汤, ”研究间距Nonsubmerged阈刺激堤与交替的布局”,应用数学学报, 卷。2013年, 文章的ID945984年, 8 页面, 2013年。 https://doi.org/10.1155/2013/945984
研究间距Nonsubmerged阈刺激堤与交替的布局
Xiaomeng曹
,1
Zhenghua顾,1
和
洪武唐2
1浙江大学土木工程与建筑学院,310058年杭州,中国
2Hydrology-Water资源和水利工程国家重点实验室,河海大学,南京210098年,中国
文摘
本文调查了间距nonsubmerged阈刺激堤与替代布局分类的影响规模刺激堤坝。一个数学模型是基于标准建造的- - - - - -模型,有限体积法(有限体积法),并严格控制假设并通过实验数据验证了。根据量纲分析,三个指标,也就是说,(弗劳德数),(通道宽度堤长度)(通道宽水深),确认为间距阈值的影响因素,在此基础上十五集的模拟条件。计算结果表明,是最影响参数(堤长度间距阈值),紧随其后的是和。无量纲经验公式的间距阈值是由多元回归拟合。四套附加条件的结果说明,经验公式是满意的泛化和插值的精度高于外推。此外,交替刺激堤坝的间距阈值一般小于侧刺激堤坝。
1。介绍
刺激堤是水利工程中应用最广泛的结构之一。他们介绍了河流航道治理、防洪和河流改道1- - - - - -3]。丁坝的建设后,原来的通道变得狭窄和丁坝附近的流动特性发生了变化。在实际项目中,丁坝施加影响河流系统通常的形式组织(4,5]。这些刺激堤(或组)相互作用在一定范围内,超出他们是独立的(6]。他们可分为大规模和小规模组根据他们的交互强度。当堤相互交互和扮演一个角色,他们的组合可以被视为一种丁坝群在小规模,而大规模的丁坝群组成的单一刺激堤坝或丁坝组在小规模的长途和几个彼此之间的影响(7,8]。刺激堤坝的过去的研究主要集中在小规模的丁坝群对当地河流的影响方面,但很少对整个大尺度丁坝群对河流系统的影响(9- - - - - -12]。然而,后者具有重要意义维持河流健康、可持续发展和利用水系,流域综合管理(13- - - - - -15]。因此,有必要首先找到小规模和大规模团体之间的分界点。在这个问题上,一些学者提出了丁坝的复苏长度的概念或公正的距离6,9,16),但到目前为止,他们没有得到一个明确的结论。在过去的研究中,间距阈值的概念,提出了用于nonsubmerged刺激堤坝和身体的同侧的布局和长度相同8]。然而在银行保护项目,交替刺激堤河两岸的安排非常常见。由于不对称,在流动特性有明显差异之间的交替刺激堤坝和侧刺激堤(17]。因此,有必要进行进一步的调查间隔交替阈刺激堤坝。
在当前的工作中,水槽实验考虑nonsubmerged刺激与侧和候补布局首先进行堤坝。然后,一个依赖于标准的数值模型- - - - - -模型,有限体积法(有限体积法),盖子和刚性的假设被观测数据验证,采用调查间隔交替刺激阈堤。
2。材料和方法
2.1。水槽实验
在这项研究中使用的多功能水槽长50米,宽1.2米,深1.4米,胎侧混凝土楼板和两个钢化玻璃。它座落在建工、测试大厅的浙江大学,中国,如图1。水槽的纵向坡度为零。刺激的堤坝有机玻璃的1.6厘米厚,40厘米高,安装在水槽的垂直墙壁的位置。一个三维的副词(声学多普勒测速计)探测器是用来衡量潜在的速度场,和WHR(浪高仪)是用于深度测量法。他们都是显示在图1。有两种刺激堤坝的布局(即侧和备用)如图2。刺激堤1 2和入口放置在部分,B,和s0分别。身体的同侧的布局(图2(一个)5点),流速记录横截面的丁坝上游1相等的时间间隔为0.2 m, 11 (z1-z11)丁坝1和丁坝2相等的时间间隔为0.4 m,和11 (x1-x11)丁坝下游的2相等的时间间隔为0.4 m。出口是放置在部分x0与7.6米部分x11。有完全31日监测截面以341分在整个测试区域。在备用(图布局2 (b)),有10个横截面(b2-z4) b1和z5相等的时间间隔为0.4 m。原始的坐标点水槽的底部,如图2。沿主流方向沿水深,沿着丁坝的轴。
(一)身体的同侧的布局
(b)替代布局
2.2。数值模型
2.2.1。模型结构和边界条件
商业计算流体动力学(CFD)代码,流畅,选择来建立数学模型。一些辅助的表面被添加到将计算区域划分为常规块。采用六面体结构网格和精制附近的刺激堤坝。在我们过去的研究(18),三种湍流模型,即标准- - - - - -模型中,雷诺应力模型(RSM),和大涡模拟(LES)模型,用于模拟的流场nonsubmerged刺激堤坝。在每个模型中,自由表面边界是由两种方法实现,即严格的盖子的假设和流体的体积(受到)的方法。结果表明,标准- - - - - -模型结合刚性盖子的假设是最有效的在所有的组合,用于这项研究。
使用流利的pressure-based解算器。水力直径和湍流强度作为湍流参数选择、表达(1)和(2),分别19]: 在哪里是横截面面积;是湿周;与雷诺数有关吗。
压力速度耦合是通过SIMPLIC (semi-implicit pressure-linked方程方法一致)。体力加权方法用于压力离散化和动量的一阶逆风方法离散格式,湍流动能和湍流耗散率。对于边界条件,mass-flow-inlet用于接近流在进口,出口流出,无滑动墙和底部的垂直表面的水槽和岩脉的身体,和标准功能的解决方案,附近的墙壁。刚性盖子假设以自由表面为常数,以及水体的顶面被认为是对称的。与墙处理方法相比,自由表面上的切向速度可能不是零。
2.2.2。模型验证
来验证数值模型,两组实验条件,也就是说,侧(v1)和交替(v2),列在表中1是选择。s5, z1, z6 z11, x1,和选择x0横截面侧刺激堤坝和b1、b4, B, z3替代刺激堤坝。由于主流的速度(方向)是主导和速度和方向是非常小的,只有速度方向进行了验证。图3比较观察和计算速度方向沿在一个水平面v1和v2的条件下。显然表明,计算速度也同意在两种条件下观察到的。因此,数值模型是准确的,可用于以下分析。
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(一)在水平面m v1
(b)在水平面m v2
2.3。量纲分析
由于丁坝流被视为完全湍流,(即粘性的影响。雷诺数效应)可以被忽视的20.]。岩墙厚度是0.016米,坝间距无关紧要。因此,量纲分析表明以下功能关系间距阈值nonsubmerged双重刺激的堤坝与替代布局和长度相同的直矩形通道: 在哪里通道宽度;堤长度;是接近流的流量;是水的深度。根据定理,,,选择基本参数。无量纲方程进一步推导出
基于(4),15个条件,列在表中2模拟。在c5 c1,五个步骤从0.0336多种多样30.2352 m / s3/ s导致一个变量从0.1到0.7,常数和。在c6 c10,常数是不同的从2.4到12和。c11 c15,常数是不同的从2到12和。排除干扰的通道长度丁坝,数值水槽的长度为100米经过几次试验。
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| 注意:c2, c9和c13是相同的。 |
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3所示。结果与讨论
3.1。间距阈值
在我们过去的研究(8),我们提出了间距阈值的定义nonsubmerged双重刺激的堤坝与身体的同侧的布局和连续矩形通道长度相同,也就是说,间隔速度横向分布时相邻两个丁坝部分变得一致。为简单起见,泥沙速度相邻两个丁坝附近的建议可以作为替代标准(8,18]。交替刺激堤坝,阈值时应重新定义为间隔速度的横向分布在相邻两个丁坝部分变成正好在相反方向,而侧刺激堤坝的标准仍然是适用的。通过丁坝流后,干扰逐渐减少,但不会消失。假设,当速度不同到达(是一个常数和小于1,这是0.01),速度在丁坝2被认为是恢复(21]。丁坝1是放在m和间距阈值搜索通过改变丁坝2的位置。表3列出了间距阈值和无量纲参数c1-c15。
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3.2。多元无因次回归
根据表中的数据3的变化与,和如数据所示4(一),4 (b),4 (c),分别。很明显,当和维护,降低,然后增加增加,和最低的出现在。之间的关系和是一个二次函数,一个向上开放。当和是固定的,单调增加,增加,增加的速度首先是缓慢,然后快速。之间的关系和大约是一个指数函数。当和维护,减少单调,增加,当小于5,的下降速度是非常快的,然后就变得光滑。之间的关系和遵循幂函数。此外,它还显示在三个影响因素中,是最影响参数,紧随其后的是和。因此,控制通道的水深和设计合理的刺激堤长度可以改变经济复苏有效距离丁坝流。
()()
(b)(和)
(c)(和)
的结果图4由统计分析软件SPSS,退化和无量纲经验公式nonsubmerged间距阈值的双重刺激堤交替布局和获得的长度是一样吗
图5显示计算结果的比较在CFD和(5c1-c15下)。一个好的协议表明,经验公式的拟合效果令人满意。为了进一步测试的准确性(5)应用于其他条件,四组的新数值模拟(t1-t4)列在表中4是由使用相同的模型。条件t1和t2 c1-c15而t3和t4的插值外推。表5列出了计算结果的比较在CFD和(5t1-t4下)。可以看出四个条件的相对误差(RE)小于10%,这表明,计算精度(5)其他条件令人满意。同时,插值条件的再保险小于外推的条件,这表明,无量纲经验公式是插值条件的更准确。
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间距阈值的无量纲经验公式nonsubmerged双重刺激堤长度相同侧布局和表达(8]
图6比较了经验公式(5)和(6从单变量分析。的变化趋势与每个影响因素下的两种类型的丁坝布局相似,和的交替刺激同侧刺激堤堤大多小于,这表明通过交替刺激堤流更容易恢复。
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(b)(和)
(c)(和)
本文获得的经验公式可以用于确定规模的影响刺激堤坝在直线和矩形通道。与此同时,经验公式可以用来找到经济复苏的速度在丁坝下游,它也可以用于解决丁坝局部水头损失的(16]。此外,经验公式累积效应的研究奠定了基础的大规模刺激堤河上的系统。然而,由于使用的假设,它不可避免的应用局限性。具体地说,它是要求两个刺激的形状堤坡直没有头,丁坝轴之间的夹角和流动方向的两个刺激堤90°,和两个刺激堤坝的大小是相同的。通道必须直线和矩形零底坡。应该注意的是,大部分的限制可以克服通过添加相应的参数经验公式基础上额外的模拟。在未来,这些作品将完善经验公式和扩大其适用性。
4所示。结论
一个数值模型相结合的标准- - - - - -模型、有限体积法和刚性盖子的假设是建立在这个研究调查nonsubmerged双重刺激堤坝的间距阈值替代布局和连续矩形通道的长度相同。主要结论如下。(1)的三个影响因素,也就是说,,和、量纲分析得到的是最影响参数,紧随其后的是和。(2)间距阈值的无量纲经验公式获得通过多元回归分析,及其精度令人满意。(3)与刺激与身体的同侧的堤坝布局相比,交替刺激堤坝的间距阈值大多是在相同条件下小。(4)本文提出的经验公式制定了研究的基础刺激河堤坝和其他结构的累积影响,例如,桥梁、堤坝、wing-dike,导航大坝,等等,在河流系统。
确认
这项研究是由中国国家自然科学基金(50909085,50909085,51279046),浙江省水资源部门(RC1106),和中国水利部(201101027)。
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