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植被刚度对水流阻力特性影响的研究

王晓燕  
【摘要】:为研究明渠中植被阻水机理,本文选择植被刚度为对象,引入一个用于表征植被抵抗弯曲能力的无因次数F,通过物理实验、PIV测量和数值模拟计算等研究手段,研究淹没状态下植被刚度对水流阻力特性所造成的影响。 采用PIV激光图像速度场仪,选择二维相关采集测量,得到在相似水流条件下不同刚度植被周围的流场矢量图。结果表明:水槽中有植被存在时,流场结构较为复杂,充满大量的漩涡,紊动强烈;随着植被刚度的减小,流场结构慢慢趋向稳定。 通过物理实验,分析了无因次数F与植被阻力系数及植被糙率系数间的关系。试验结果表明,淹没植被在植被密度和排列方式相同的情况下,若植被抗弯指数F值小于12.2371,植被呈完全刚性,植被糙率系数和阻力系数与F值无关。若植被抗弯指数F值大于12.2371,植被糙率系数和阻力系数随F值的增大而减小。 通过数值模拟计算,研究了直立、倾斜和卧倒三种不同状态下植被周围的流场特性、流速分布特性以及植被表面总压强分布。分析表明,在来流条件相同的情况下,对流场的扰动作用依次为直立态植被>倾斜态植被>卧倒态植被。作用在植被叶片迎水曲面上的压力都大于背水曲面上的压力,且其压力差随着植被俯卧程度的增大是依次减小,而切应力依次增大。


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1 王晓燕;植被刚度对水流阻力特性影响的研究[D];河海大学;2007年
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