植物“柔性坝”覆盖区二维两相流场阻力特性研究

为了研究植物坝的过流水力学特性及固沙机理,进行了室内水槽浑水模型试验,通过物理模型试验及推导建立的水动力学方程,并对植物"柔性坝"过流时的阻力特性进行了研究;在试验资料基础上,利用动量定理及力的平衡方程,推导了植物坝覆盖引起的糙率表达式;利用动量定理及力的平衡方程,推导了植物坝覆盖后总糙率与明渠糙率的关系。将数值计算值与模型试验实测结果进行了比对,两者吻合较好。

植物坝覆盖区明渠二维两相流场紊动特性研究

漂浮植被占用了行洪断面面积,增大了河流的阻力,遇到障物后,造成河道严重堵塞。通过室内物理模型试验和数值模拟的方法,研究、分析大面积覆盖水面的漂浮植被对河道泄洪能力、河道水体结构、水流特性的影响。根据紊动强度和雷诺应力沿程变化,从波动幅度上看,植物覆盖区波动幅度较大;对根茎区,无植物覆盖但受影响区紊动强度不大,但较无植物覆盖时的明渠水流有明显增大,植物坝覆盖区及植物坝前缘区变化显著,尤其是植物坝前缘区的紊动强度波动很剧烈。

利用Fluent软件对植物坝覆盖下二维两相流场的数值模拟

通过物理模型试验及推导建立植物过流水动力学方程,对植物"柔性坝"过流时的水动力学特性进行了数值研究;利用计算流体力学软件FLUENT,用VOF方法追踪自由水面,采用多孔介质域模拟植物坝覆盖区域,以多孔介质前后压强配合空隙率来确定渗透率,对有植物坝覆盖的水槽二维两相流场进行了数值模拟。将数值计算得到的流速值与模型试验流速值实测结果进行了比对,两者吻合较好。

植物坝水流特性试验及固沙机理

通过室内水槽模型试验分析了植物坝在交错布置方式下3种不同底坡对水流的影响。结果表明：植树后底坡越大,植物坝的壅水影响越不明显;植物坝能较好地减小坝前和坝内水流的平均流速,并将流速峰值均匀化;植物坝能很好地削减床面剪应力,减小泥沙的起动流速。