双层环境中圆桩柱对斜坡异重流动力特性影响的试验研究

利用开闸式异重流水槽试验,结合高速相机和粒子图像测速技术,量化不同强度双层环境中圆桩柱对斜坡异重流传播模式、速度与涡度场、波流作用等宏微观特性的影响。试验结果表明:在低理查森数Ri_(ρ)环境中,圆桩柱的存在抑制了异重流混合层厚度的增加,但延展了其在流向的长度;在高理查森数Ri_(ρ)环境中,圆桩柱打破了侵入流在密度跃层处对称的传播模式,并促进了异重流与环境流体的剪切过程。当内波弗劳德数Fr> 1时,产生锁定波,异重流头部出现强漩涡,在密度跃层产生有利压力梯度使内波尺寸增大;当内波弗劳德数Fr <1时,振荡产生发射波,波谷与异重流头部相互作用而使波形变平整;当内波弗劳德数Fr≈1时,锁定波和发射波并存。在低理查森数Ri_(ρ)环境中,圆桩柱的存在导致波流耦合作用减弱,而在高理查森数Ri_(ρ)环境,波流耦合作用反而增强。

圆桩柱对斜坡异重流动力特性影响的研究

为探究圆柱桩对斜坡异重流动力特性的影响,开展一系列开闸式斜坡异重流的水槽实验,通过高速相机记录异重流宏观传播过程,并结合粒子图像测速(PIV)技术量化局部流场特性,分析不同圆柱桩的高度及倾斜角度下异重流的运动.实验结果表明:流经圆桩柱时,异重流头部逐渐抬升,尾部加厚;圆桩柱改变了异重流展向扩散模式,使其前缘分布更加不均匀.异重流流过圆桩柱产生的马蹄涡及尾流漩涡会提升整体卷吸系数的峰值,并使异重流在交界面处的涡旋结构变得更加复杂.异重流的中心区是涡旋生成和发展的核心位置,圆桩柱的高度决定异重流的越流形态,从而影响涡度场的分布.圆桩柱提高了局部湍流强度,圆柱桩变高,异重流湍动能的峰值会随时间前移.对于非浸没式圆桩柱,倾斜角度降低了桩前区域异重流的湍流水平,并且桩后的湍动能随时间由单峰态演变为多峰态.