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摘要
急弯水流运动中，由于弯道环流与纵向流速之间存在着较强的非线性作用，弯道中水流能量输运与耗散规律与其在顺直河段中的情况也会存在显著差异，这将进一步影响弯道床面切应力的分布以及弯道河床冲淤变化。然而急弯水流能量输运及耗散机制尚未研究清楚。本文基于弯道水槽高精度三维试验数据，定量分析弯道水流动能转换中各因素所起作用的比重，然后与涡运动理论相结合，研究涡旋引起的能量耗散，定量分析不同的因素对于涡旋引起的能量耗散所起的作用。研究结果表明：弯道环流对时均动能的对流输运项的量级是各项中最大的，比其他项高一到两个数量级，显示了其在弯道动能输运过程中的主导地位；紊动能生成项量级在动能方程中最小，表明紊动场对时均流场动能的影响非常小，相比于环流影响可忽略不计；对于动能的耗散，时均流场离心力量级在拟涡能方程中最大，表明其对能量耗散的影响作用最大。研究结果还表明水流能量输运及耗散过程对弗劳德数的变化不敏感。研究成果有助于提高对水流能量输运及耗散完整过程的理解，加深对弯曲河道中由弯道环流产生的阻力的认识。
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单位长江科学院; 武汉大学; 长江科学院河流研究所; 水资源与水电工程科学国家重点实验室
