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摘要
沙纹床面附近的涡动分离及其运动过程显著影响床沙的输运。该文采用Open FOAM开源程序包建立基于原始Navier-Stokes方程的三维数值模型,使用VOF方法追踪自由液面,利用k-ε湍流模型捕捉复杂的涡流运动,对波浪作用下沙纹床面附近涡流运动特性进行研究。结果表明,受沙纹床面的影响,波浪呈现非线性特征,波高增加、波峰尖锐,且相位有所滞后;一个波周期内涡动首先产生于沙纹背浪侧,并沿背水坡抬升至沙纹峰以上,继而向上游移动;上溯至最大位置后,在下一个波周期影响下转向下游移动直至完全耗散;受分离涡的影响,近底层流场极不稳定,但整体上一个波周期内逆波向流作用较大,这与涡流显著的上溯趋势相同;涡动上溯的最大水平距离ΔX随λ/a的增大而减小,而最大垂向距离ΔZ则无明显变化;上溯过程中旋涡中心点处的湍动能呈现减小趋势,其中ωt=150°之前减小速率较快而后有所减缓。
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