常曲率弯道二维流动稳定性与非线性演化规律分析

作者：李彬; 徐海珏; 白玉川; 冀自青

来源：力学学报, 2021, 53(01): 168-183.

• 常曲率弯道
• 不稳定性
• 弱非线性
• 弯曲度

国内外对弯曲河流的研究从线性特性转移到不稳定性与非线性特性上来,弯曲河流作为一个不稳定的系统,主要是受到水流和边界的不稳定性的影响.针对弯曲河流中存在的水流动力的不稳定性与非线性特征,利用弱非线性理论与摄动法进行展开,在微弯条件下建立了时间模式下的常曲率弯道二维水流扰动幅值与扰动幅角的非线性演化方程.研究了在不同弯曲度下的扰动发展特征,探讨了扰动流场在弯曲度影响下的时空分布的规律,分析了扰动流场中出现的扰动漩涡的运动过程,阐述了弯曲度对弯曲边界内水流不稳定性的影响,具体表现为在微弯的情况下,弯道的弯曲度增大会提高河湾内水流的稳定性,扰动振幅与扰动幅角会随弯曲度的增大其衰减速度更快,并且扰动流速的对称性在弯曲度较大时减弱,逐渐向弯道的凸岸偏斜,在中性状态附近的弯道水流动力具有对流不稳定性和非线性衰减的特征.本文的研究成果为构建水流动力非线性与床面形态几何非线性相互作用的模型提供了思路.

• 单位
  天津大学; 建筑工程学院; 水利工程仿真与安全国家重点实验室