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带有植物的河道水流紊流运动大涡模拟

宿晓辉  
【摘要】: 本文结合“带有植物的河道水流紊流运动数值计算研究”项目,应用大涡模拟方法,提出了两个河道水流紊流运动大涡模拟数值计算模型,并应用模型对带有植物的河道水流紊流运动进行了数值模拟计算研究。 在应用大涡模拟方法求解数值计算模型控制方程时,亚网格雷诺应力项沿用了亚网格涡粘性系数思路,引入亚网格紊流脉动动能k的输运方程,建立了关于亚网格紊流脉动动能k和紊流特征长度l的k-l模型求解。植物的阻碍作用反映为对水流的拉力与阻碍水流运动所做的功。 针对非淹没植物情况,建立了准三维的河道水流浅水紊流问题大涡模拟数值计算模型,称为k-l LES模型。应用该模型进行了存在非淹没植物的河道水流紊流运动数值计算研究,分析了非淹没植物对河道水流的影响。 针对淹没植物情况,建立了三维的河道水流紊流运动大涡模拟数值计算模型,称为3D k-l LES模型。应用该模型进行了存在淹没植物的河道水流紊流运动数值计算研究,分析了淹没植物对河道水流的影响。 模型数值模拟结果显示,数值计算结果与实验值吻合较好,证明了上述模型的可靠性和有效性。k-l LES模型和3D k-l LES模型为进行带有植物的河道水流紊流运动数值计算研究,特别是对分析存在植物的河道水流运动形态及由于植物的阻碍在河道中产生的大尺度涡的形成、发展研究提供了一个新的研究途径。该模型有着广泛的应用前景,对于研究紊流结构及紊流运动机理具有一定的理论意义和工程意义。


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