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Impact of depth ratio on flow structure and turbulence characteristics of compound open channel flows
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作者 Shao-wei Ding Cheng Zeng +2 位作者 Jie Zhou Ling-ling Wang Chen Chen 《Water Science and Engineering》 EI CAS CSCD 2022年第3期265-272,共8页
Compound open channel flows appear in most natural rivers are of great importance in river management and flood control.In this study,large eddy simulations were carried out to simulate the compound open channel flows... Compound open channel flows appear in most natural rivers are of great importance in river management and flood control.In this study,large eddy simulations were carried out to simulate the compound open channel flows with four different depth ratios(hr=0.10,0.25,0.50,and 0.75).The main flow velocity,secondary flow,Reynolds stress,and bed shear stress were obtained from numerical simulations.The depth-averaged stream wise momentum equation was used to quantify the lateral momentum exchange between the main channel and floodplain.The instantaneous coherent structures were presented by the Q criterion method.The impact of hr on flow structure and turbulence charac-teristics was analyzed.The results showed that with the increase of hr,the high velocity area in the main channel shifted to the floodplain,and the dip phenomenon became more obvious;the Reynolds stress largely contributed to the lateral momentum exchange within the flows near the side walls of floodplain;and the vortex structures were found to significantly increase in the floodplain region. 展开更多
关键词 Large eddy simulation compound open channel Depth ratio Flow structure Turbulence characteristics
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非恒定来流过程对复式河道水动力的影响试验研究 被引量:1
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作者 付俊 张涛涛 +1 位作者 刘佳明 刘杰卿 《水电能源科学》 北大核心 2023年第10期41-45,53,共6页
非恒定来流过程改变了复式河道水动力特性,进而决定了滩槽的物质传输和能量传递过程。为研究不同非恒定来流过程对复式河道水动力特性的影响,开展室内水槽试验,考虑流量变幅、非恒定周期及涨水历时三个因素,分析不同非恒定来流过程对复... 非恒定来流过程改变了复式河道水动力特性,进而决定了滩槽的物质传输和能量传递过程。为研究不同非恒定来流过程对复式河道水动力特性的影响,开展室内水槽试验,考虑流量变幅、非恒定周期及涨水历时三个因素,分析不同非恒定来流过程对复式河道水位、水流非恒定性及滩槽单宽流量过程的影响。结果表明,随着流量变幅增加,水位波峰增长斜率大于波谷,波高线性增加,滩槽单宽流量过程均沿时间发生变形,主槽的下降过程和滩地的上升过程存在明显的缓变过程;随着非恒定周期增加,水位波峰增加,波谷降低,波高也呈线性增加,滩槽单宽流量沿时间变形的现象消失;水位波峰波谷与水文偏度同步变化,水文偏度(涨落水历时之比)大于1时,滩槽单宽流量的上升过程也会存在明显的缓变阶段。 展开更多
关键词 复式河道 非恒定 来流过程 主槽 滩地
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Flow structure at the downstream of a one-line riparian emergent tree along the floodplain edge in a compound open-channel flow 被引量:8
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作者 Ayse Yuksel Ozan 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2018年第3期470-480,共11页
This study focuses on the effects of one-line emergent natural tree(Cupressus Macrocarpa) planted at the edge of the floodplain in a compound open-channel flow. The flow velocity and water level are measured and use... This study focuses on the effects of one-line emergent natural tree(Cupressus Macrocarpa) planted at the edge of the floodplain in a compound open-channel flow. The flow velocity and water level are measured and used to analyze the flow structure. The time averaged and depth-averaged streamwise velocity distributions with root mean square(rms) and time series of streamwise velocity distrbution are analyzed. The velocity distribution considerably changes along the compound channel. The streamwise velocity distribution fits with logarithmic distribution in the non-vegetated case, but for vegetated cases, the streamwise velocity distribution shows S shaped profile at the 1/3 part of floodplain(/3)B_f and main channel(/3)B_m close to the boundary between floodplain and main channel. Additionally, it is obtained that the presence of tree line increases turbulence intensity over the compound open-channel. Moreover, an oscillation period is obtained in the flow caused by tree line by analyzing time series of the streamwise velocity distribution. The oscillation is present everywhere in the floodplain and present at almost/3 B_m part of the main channel which is close to the junction between floodplain and main channel. 展开更多
关键词 FLOODPLAIN natural vegetation open channel flow compound channel velocity profile
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Numerical simulation of turbulent flow in helically coiled open-channels with compound cross-sections 被引量:3
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作者 SHAO Xuejun WANG Hong CHEN Zhi 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2004年第1期97-111,共15页
Turbulence structure in a helically coiled open channel flow is numerically simulated using three different turbulence models--the Launder and Ying model, the Naot and Rodi model, and the nonlinear k-ε Model (SY mode... Turbulence structure in a helically coiled open channel flow is numerically simulated using three different turbulence models--the Launder and Ying model, the Naot and Rodi model, and the nonlinear k-ε Model (SY model). Simulation results were compared with observation of (i) turbulent flows in alternating point-bar type channel bends with rectangular sections, and (ii) straight open channel flows with compound cross-sections. Based on calculations of the impact of various channel curvatures on turbulence characteristics, accuracy of the three turbulence models was analyzed with observed data as a qualitative reference. It has been found out that the Launder and Ying model and the nonlinear k-ε Model are able to predict the same general trend as measured data, and the simulation of the effect of the centrifugal force on the formation of secondary currents produces a correct pattern. 展开更多
关键词 curved open-channel TURBULENT flow compound cross-section ORTHOGONAL curvilinear COORDINATE system.
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复式明渠水流运动的数值模拟 被引量:11
5
作者 刘士和 黄伟 罗秋实 《武汉大学学报(工学版)》 CAS CSCD 北大核心 2006年第6期1-5,共5页
大多数平原河道都为具有主槽和滩地的复式河槽,且主槽和滩地的壁面粗糙度一般不相同.根据理论分析建立了适合于描述水力光滑、水力过渡和水力粗糙这三种壁面条件下时均流速沿垂线分布的统一公式,并利用该流速分布公式,采用Thatchell代... 大多数平原河道都为具有主槽和滩地的复式河槽,且主槽和滩地的壁面粗糙度一般不相同.根据理论分析建立了适合于描述水力光滑、水力过渡和水力粗糙这三种壁面条件下时均流速沿垂线分布的统一公式,并利用该流速分布公式,采用Thatchell代数应力模型,对复式明渠粗糙度沿横向存在变化的流动进行了三维模拟. 展开更多
关键词 复式明渠 二次流 流动模拟
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复式断面明渠弯道水流三维雷诺应力模型数值模拟 被引量:7
6
作者 魏文礼 洪云飞 +1 位作者 吕彬 白朝伟 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第4期604-610,705,共7页
采用数值模拟方法研究了复式断面和矩形断面60°弯道明渠的流场结构。自由水面的捕捉采用VOF(Volume of Fluid)法,雷诺时均N-S方程采用雷诺应力模型封闭。对两种断面渠型水力特性的模拟结果进行了比较,结果表明:复式断面弯道明渠在... 采用数值模拟方法研究了复式断面和矩形断面60°弯道明渠的流场结构。自由水面的捕捉采用VOF(Volume of Fluid)法,雷诺时均N-S方程采用雷诺应力模型封闭。对两种断面渠型水力特性的模拟结果进行了比较,结果表明:复式断面弯道明渠在弯道横断面上存在着多涡结构;滩地上的流速大于主槽上的流速;凹岸和凸岸上的自由液面水位差要比矩形断面的小;水流在渠底的横向运动强度要比矩形断面的大;弯道内外侧的压力差也与矩形断面有所不同。 展开更多
关键词 复式断面明渠 弯道水流 数值模拟 雷诺应力模型 流场结构
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复式断面明渠二次流的数值模拟 被引量:12
7
作者 梁爱国 槐文信 《应用基础与工程科学学报》 EI CSCD 2008年第2期296-304,共9页
采用Launder-Ying雷诺应力模型对复式断面明渠二次流流动进行数值模拟,和实测资料对比,验证了数值计算的合理可靠性,并进一步分析了不同滩地水深时复式断面明渠二次流运动的流动结构和特性.结果表明,二次流的阻滞导致主流流动减缓;二次... 采用Launder-Ying雷诺应力模型对复式断面明渠二次流流动进行数值模拟,和实测资料对比,验证了数值计算的合理可靠性,并进一步分析了不同滩地水深时复式断面明渠二次流运动的流动结构和特性.结果表明,二次流的阻滞导致主流流动减缓;二次流主要产生在明渠固壁拐角和近岸区域;二次流对主流速度等值线有强烈影响,使其沿二次流流动方向凸起,在滩槽结合部表现最明显;随着滩地水深的增加,主槽涡强度相对减小,滩地涡强度相对增大,滩槽结合部主流速度等值线在更大范围向自由水面凸起,主流高速度核心区域也逐渐由主槽中部向滩槽结合方向移动;在滩地水深h/H=0.5左右时二次流最强. 展开更多
关键词 复式断面明渠 二次流 应力模型 纵向旋涡
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植被作用下复式渠道的三维湍流数值模拟 被引量:11
8
作者 张明亮 沈永明 《应用基础与工程科学学报》 EI CSCD 2009年第3期402-411,共10页
针对浅水植被作用下的渠道流动特征,建立了三维标准的k-ε双方程湍流数学模型,模型考虑了植物拖曳力对水流的影响,植物阻力作为源项被加入到各方程中.曲线网格被应用模拟复杂边界的区域,变量采用部分交错网格布置,利用控制体积法离散控... 针对浅水植被作用下的渠道流动特征,建立了三维标准的k-ε双方程湍流数学模型,模型考虑了植物拖曳力对水流的影响,植物阻力作为源项被加入到各方程中.曲线网格被应用模拟复杂边界的区域,变量采用部分交错网格布置,利用控制体积法离散控制方程,采用由二维深度平均方程演化而来的2D泊松方程计算三维自由水面,应用SIMPLEC程式求解离散的方程.通过实验室局部带有刚性植被的顺直矩形水槽和滩地种植植物的复式顺直水槽进行了数值模拟研究,给出了测量断面带有植被和未带有植被的速度对比结果及速度、湍流动能等值线图,计算结果和测量结果符合得较好.通过对比分析发现,未种植植被的水槽主流分布在整个渠道断面,种植植被后,由于植被拖曳力的影响,使得主流流速分布发生了改变,主槽流速增大,滩地流速降低,滩地上计算的纵向流速出现了S型的分布,在植物顶部和临近主槽一侧水流的交界面湍动能最大. 展开更多
关键词 拖曳力 滩地种植植被 k-ε湍流模型 SIMPLEC程式 三维数值模拟 复式渠道
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明渠断面水流流速与边界剪切应力横向分布模型 被引量:3
9
作者 傅春 张念强 曹志先 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2006年第4期12-14,共3页
天然河流的横断面多为由主槽和漫滩组成的复式断面,水流在这种断面中比在单一断面中受到更多因素影响,流态也更加复杂。通过将明渠横断面上微元体在水流方向的N-S控制方程沿水深积分,得出描述垂线平均流速和边界剪切应力横向分布的模型... 天然河流的横断面多为由主槽和漫滩组成的复式断面,水流在这种断面中比在单一断面中受到更多因素影响,流态也更加复杂。通过将明渠横断面上微元体在水流方向的N-S控制方程沿水深积分,得出描述垂线平均流速和边界剪切应力横向分布的模型,并通过对实验数据的验证,确定了模型的实用性。 展开更多
关键词 复式明渠 垂线平均流速 边界剪切应力 应力分布
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基于WMLES方法的复式断面明渠三维紊流数值模拟 被引量:3
10
作者 曾诚 丁少伟 +2 位作者 周婕 王玲玲 陈辰 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2020年第6期17-22,共6页
针对基于雷诺时均Navier-Stokes方程的数值模型在精确模拟复式断面明渠三维水流结构方面存在困难和传统大涡模拟(LES)方法计算成本相对较高的问题,采用壁面建模的大涡模拟(WMLES)方法建立三维数值模型,对水深比(滩地水深与主槽水深之比)... 针对基于雷诺时均Navier-Stokes方程的数值模型在精确模拟复式断面明渠三维水流结构方面存在困难和传统大涡模拟(LES)方法计算成本相对较高的问题,采用壁面建模的大涡模拟(WMLES)方法建立三维数值模型,对水深比(滩地水深与主槽水深之比)为0.5的复式断面明渠水流结构进行模拟计算。数值模拟计算结果与已有试验测量结果和LES模拟结果的对比表明,WMLES方法能够准确地模拟时均速度、床面切应力、紊动强度、紊动能、雷诺应力分布、二次漩涡结构,该方法在复式断面明渠水流三维模拟中是可靠的;在保证计算精度的前提下,与传统LES方法相比,采用WMLES方法能够显著降低计算成本。 展开更多
关键词 WMLES 复式断面明渠 数值模型 二次流 雷诺应力
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沙溪口水电站坝下整治工程数学模型与物理模型比较研究 被引量:4
11
作者 张明 彭伟 +2 位作者 王斐 冯小香 王义安 《水道港口》 2018年第6期683-689,共7页
数学模型和物理模型是水运工程研究中常用的两种手段。文章以沙溪口水电站坝下航道整治工程为实例,研究了数学模型和物理模型结果的相似性和差异性问题。结果表明,数学模型和物理模型总体上都能准确反应航道的水位、水深、流速等通航条... 数学模型和物理模型是水运工程研究中常用的两种手段。文章以沙溪口水电站坝下航道整治工程为实例,研究了数学模型和物理模型结果的相似性和差异性问题。结果表明,数学模型和物理模型总体上都能准确反应航道的水位、水深、流速等通航条件,但在局部问题上往往仍具有一定差别,采用相对变化值进行比较可以有效降低误差;物理模型可以直观观察航道内滑梁水、剪刀水等碍航水流流态,数学模型也可根据航道纵向流速、横向流速及流速方向等综合特征来识别不良水流。对于复杂水工模型,基于两种手段相互配合的复合模型研究是提高研究效率、节约研究费用、保证研究精度的有效方法。 展开更多
关键词 沙溪 比较研究 复合模型 明渠 锁坝 流态
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非对称复式断面明渠水流特性试验与数值模拟 被引量:4
12
作者 槐文信 梁爱国 +1 位作者 杨中华 沈洁 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第12期95-98,共4页
采用三维超声测速仪对非对称复式断面明渠水流流场特性进行试验研究,采用L-Y雷诺应力模型对水面和固壁边界条件进行有效地处理,结合混合有限分析法数值模拟了复式断面明渠二次流流动,和实验资料的对比验证了数值计算和边界处理技术的合... 采用三维超声测速仪对非对称复式断面明渠水流流场特性进行试验研究,采用L-Y雷诺应力模型对水面和固壁边界条件进行有效地处理,结合混合有限分析法数值模拟了复式断面明渠二次流流动,和实验资料的对比验证了数值计算和边界处理技术的合理可靠性.进一步分析复式断面明渠二次流运动的流动结构和特性,得到复式断面明渠流动中的二次流分布速度矢量分布、主流流速等值线及典型断面沿水深的主流流速分布,发现自由水面上的主流速度存在速度下降现象,二次流产生最明显的位置在明渠主槽与浅滩的接合部. 展开更多
关键词 复式断面明渠 二次流 超声测速仪 雷诺应力模型
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复式断面明渠三维紊流的数值模拟 被引量:13
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作者 林斌良 Shiono,K 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 1995年第3期52-61,共10页
本文采用非线性k-ε紊流模型和Naot-Rodi代数应力模型(N-R模型)模拟复式断面明渠三维紊流.非线性k-ε模型用张量形式推出,适用于边界形状复杂的流动,而N-R模型采用一种补充关系式反映计算点与界面距离对雷诺应... 本文采用非线性k-ε紊流模型和Naot-Rodi代数应力模型(N-R模型)模拟复式断面明渠三维紊流.非线性k-ε模型用张量形式推出,适用于边界形状复杂的流动,而N-R模型采用一种补充关系式反映计算点与界面距离对雷诺应力的影响,能较好地反映界面的作用.对一个复式断面明渠实例进行计算,给出了流速场(包括主流、二次流),壁画剪切力和雷诺应力分布,并与实验结果进行详细比较,还研究了浅滩粗糙壁面时的流动,除雷诺应力外,数值计算结果与实测数据基本吻合. 展开更多
关键词 复式明渠 断面 紊流 数值模拟
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非对称复式断面明渠中污染物混合输移的数值模拟(Ⅱ)——二次流对异质扩散的影响 被引量:4
14
作者 槐文信 梁爱国 杨中华 《应用基础与工程科学学报》 EI CSCD 2007年第4期445-449,共5页
运用L-Y雷诺应力模型及对水面和固壁边界条件进行有效的处理,结合混合有限分析法数值模拟了复式断面明渠二次流流动及污染物的运移,探讨了沿自由水面横向和垂向的浓度及雷诺传质分布规律,分析了二次流对浓度扩散和紊动传输的影响.
关键词 雷诺应力模型 复式断面明渠 二次流 异质扩散
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复式断面强弯弯道水流结构和热扩散的数值模拟 被引量:2
15
作者 杨中华 高伟 《中国科技论文在线》 CAS 2011年第5期380-384,共5页
采用RNG k-ε三维紊流数学模型对180°强弯弯道水流结构和温度场进行模拟,对比分析了矩形断面和复式断面结构形成的二次流场特征及其对温度扩散的影响。结果表明:在强弯弯道中,离心力作用决定了主要环流(螺旋流)的方向;复式断面结... 采用RNG k-ε三维紊流数学模型对180°强弯弯道水流结构和温度场进行模拟,对比分析了矩形断面和复式断面结构形成的二次流场特征及其对温度扩散的影响。结果表明:在强弯弯道中,离心力作用决定了主要环流(螺旋流)的方向;复式断面结构加大了滩槽处大量的动量交换和能量交换,使断面温度分布更趋于均匀。 展开更多
关键词 弯道流 温排水 二次流 复式断面明渠
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复式断面明渠流能量及动量校正系数研究 被引量:1
16
作者 曾诚 邱斐 +4 位作者 丁少伟 周婕 徐剑波 王玲玲 尹雨然 《水利水运工程学报》 CSCD 北大核心 2022年第4期46-54,共9页
在复式断面明渠流中,能量及动量校正系数对水力学计算结果的精确性有直接影响。为研究水深比(滩地水深与主槽水深之比)及滩地植被密度对复式断面明渠流能量及动量校正系数的影响,采用基于壁面建模的大涡模拟(WMLES)方法的三维数值模型,... 在复式断面明渠流中,能量及动量校正系数对水力学计算结果的精确性有直接影响。为研究水深比(滩地水深与主槽水深之比)及滩地植被密度对复式断面明渠流能量及动量校正系数的影响,采用基于壁面建模的大涡模拟(WMLES)方法的三维数值模型,对5种水深比和3种植被密度工况进行数值模拟研究。结果表明:由于流速分布不均匀,主槽和滩地的能量及动量校正系数有明显差异,其值均大于1。随着水深比的增大,复式断面的流速分布趋向均匀,能量和动量校正系数随之减小,能量校正系数的变化范围为1.07~1.19,动量校正系数的变化范围为1.03~1.07。此外,随着滩地植被密度的增大,滩地与主槽的流速差值变大,能量和动量校正系数随之增大,能量校正系数的变化范围为1.09~1.59,动量校正系数的变化范围为1.04~1.21。最后,通过回归分析发现能量校正系数与动量校正系数存在线性关系,所得计算式可用于相同工况条件下能量及动量校正系数的预测。 展开更多
关键词 复式断面明渠流 能量校正系数 动量校正系数 水深比 植被密度
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复式断面明渠中污染物混合输移的数值模拟(Ⅰ)——复式断面二次流的模拟 被引量:2
17
作者 槐文信 梁爱国 杨中华 《应用基础与工程科学学报》 EI CSCD 2007年第3期277-285,共9页
采用L-Y雷诺应力模型,对水面和固壁边界条件进行有效的处理,结合混合有限分析法数值模拟了复式断面明渠二次流流动.和实测资料的对比验证了数值计算和边界处理技术的合理可靠性,并进一步分析复式断面明渠二次流运动的流动结构和特性.发... 采用L-Y雷诺应力模型,对水面和固壁边界条件进行有效的处理,结合混合有限分析法数值模拟了复式断面明渠二次流流动.和实测资料的对比验证了数值计算和边界处理技术的合理可靠性,并进一步分析复式断面明渠二次流运动的流动结构和特性.发现二次流主要产生在固壁拐角和近岸区域,其中最突出的位置是滩槽结合部,存在明显倾斜指向主槽自由水面的二次流;主流速度等值线被二次流强烈影响凸向二次流指向. 展开更多
关键词 雷诺应力模型 复式断面明渠 二次流 混合有限分析法
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复式断面明渠水流三维数值模拟 被引量:2
18
作者 吕彬 魏文礼 刘玉玲 《水资源与水工程学报》 2012年第5期71-73,共3页
复式断面渠道水流流场结构比较复杂,本文用耦合式求解器对复式断面明渠水流的三维流场进行了模拟。采用交错网格,界面上的动量差值采用Roe格式,紊流数学模型选用雷诺应力模型。将计算结果与实验结果进行比较,两者的吻合度较好,从而验证... 复式断面渠道水流流场结构比较复杂,本文用耦合式求解器对复式断面明渠水流的三维流场进行了模拟。采用交错网格,界面上的动量差值采用Roe格式,紊流数学模型选用雷诺应力模型。将计算结果与实验结果进行比较,两者的吻合度较好,从而验证了数学模型的可靠性,最后又对复式断面明渠横剖面上水流运动特性进行了分析。 展开更多
关键词 复式断面明渠 耦合式求解 Roe-FDS 二次流
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严寒地区明渠混凝土的性能研究
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作者 田金亮 牛建刚 徐燕 《混凝土与水泥制品》 北大核心 2012年第8期40-42,共3页
针对内蒙古地区气候特点,用复合水泥取代普通硅酸盐水泥,并在混凝土中掺入复合纤维、Ⅱ级粉煤灰、萘系高效减水剂,采用正交设计的方法优化了明渠混凝土的配合比,定性分析了试验中几种因素对混凝土强度的影响程度和作用机理。
关键词 明渠抗冻防渗 混凝土强度 复合纤维 掺合料 配合比设计
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复式断面明渠湍流的统计特征和拟序结构 被引量:1
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作者 胡德芳 俞华锋 +2 位作者 陈勇 刘宇 及春宁 《水道港口》 2022年第1期43-49,共7页
应用直接数值模拟(DNS)方法,研究了复式断面明渠湍流的一阶和二阶统计特征,分析了湍流拟序结构在复式断面明渠内的分布规律。首先,针对平板边界层湍流问题对数值模拟方法的精度进行了验证;随后,分析了复式断面明渠的主流流速分布、二次... 应用直接数值模拟(DNS)方法,研究了复式断面明渠湍流的一阶和二阶统计特征,分析了湍流拟序结构在复式断面明渠内的分布规律。首先,针对平板边界层湍流问题对数值模拟方法的精度进行了验证;随后,分析了复式断面明渠的主流流速分布、二次环流强度和分布,以及二次环流对主流流速分布的影响,讨论了紊动强度和雷诺剪切应力极值大小和分布特征;最后,再现了复式断面明渠湍流的三维拟序结构,阐述了滩槽结合处典型“发卡”涡结构的特征及其诱发二次环流的机制。 展开更多
关键词 复式断面明渠 直接数值模拟 二次环流 “发卡”涡
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