大宽深比变曲率弯道水动力结构大涡模拟研究

作者：张炳昌; 许栋^*; 及春宁; 白玉川

来源：水力发电学报, 2019, 38(06): 77-91.

• 正弦派生弯道
• 大宽深比
• 雷诺数
• 大涡模拟
• 紊动结构

弯曲型河流是自然界常见的河流形态,弯曲引起主流、二次流与湍流紊动相互作用,产生复杂的水动力结构,影响河流演变和物质输运。目前相关数值模拟及试验研究多针对小宽深、常曲率弯道,与天然河流大宽深、变曲率形态存在较大差异,为了揭示与天然河流相近的弯道水流运动特性,本文针对大宽深比正弦派生曲线弯道三维水流运动进行大涡数值(LES)模拟研究,结果表明:零曲率断面中心区域二次流沿河宽方向分布最为均匀,回流区范围最大,在大宽深比弯道中,回流区范围最大可达断面面积的15.5%。大宽深比弯道中部流动受到弯曲边界约束较弱,主流区内顺流向流速分布较小宽深比工况更接近于顺直矩形明渠,大宽深比情况下,主流核心区集中在弯道中线附近0.5～1倍水深范围,随着宽深比增大,弯顶附近涡量绝对值增大,对下游的影响范围增大。大宽深比弯道中水流紊动能整体水平较低,紊动能等值线分布和顺流向时均流速等值线一样,均受二次流影响,主流区中心紊动能最小,主流和局部回流区间的剪切层紊动能最大。

• 单位
  天津大学; 水利工程仿真与安全国家重点实验室