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复式断面明渠流能量及动量校正系数研究

曾诚 邱斐 丁少伟 周婕 徐剑波 王玲玲 尹雨然

曾诚,邱斐,丁少伟,等. 复式断面明渠流能量及动量校正系数研究[J]. 水利水运工程学报,2022(4):46-54. doi:  10.12170/20210705002
引用本文: 曾诚,邱斐,丁少伟,等. 复式断面明渠流能量及动量校正系数研究[J]. 水利水运工程学报,2022(4):46-54. doi:  10.12170/20210705002
(ZENG Cheng, QIU Fei, DING Shaowei, et al. Study on energy and momentum correction coefficients in compound open-channel flows[J]. Hydro-Science and Engineering, 2022(4): 46-54. (in Chinese)) doi:  10.12170/20210705002
Citation: (ZENG Cheng, QIU Fei, DING Shaowei, et al. Study on energy and momentum correction coefficients in compound open-channel flows[J]. Hydro-Science and Engineering, 2022(4): 46-54. (in Chinese)) doi:  10.12170/20210705002

复式断面明渠流能量及动量校正系数研究

doi: 10.12170/20210705002
基金项目: 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(B200202116,B200204044);国家重点研发计划资助项目(2021YFC3200403);国家自然科学基金资助项目(51879086);中国一冶集团有限公司科研项目(22AQT210861S00)
详细信息
    作者简介:

    曾 诚(1981—),男,四川成都人,副教授,主要从事水力学及河流动力学研究。E-mail:c.zeng@foxmail.com

    通讯作者:

    周 婕(E-mail:zhoujie@hhu.edu.cn

  • 中图分类号: TV131.2

Study on energy and momentum correction coefficients in compound open-channel flows

  • 摘要: 在复式断面明渠流中,能量及动量校正系数对水力学计算结果的精确性有直接影响。为研究水深比(滩地水深与主槽水深之比)及滩地植被密度对复式断面明渠流能量及动量校正系数的影响,采用基于壁面建模的大涡模拟(WMLES)方法的三维数值模型,对5种水深比和3种植被密度工况进行数值模拟研究。结果表明:由于流速分布不均匀,主槽和滩地的能量及动量校正系数有明显差异,其值均大于1。随着水深比的增大,复式断面的流速分布趋向均匀,能量和动量校正系数随之减小,能量校正系数的变化范围为1.07~1.19,动量校正系数的变化范围为1.03~1.07。此外,随着滩地植被密度的增大,滩地与主槽的流速差值变大,能量和动量校正系数随之增大,能量校正系数的变化范围为1.09~1.59,动量校正系数的变化范围为1.04~1.21。最后,通过回归分析发现能量校正系数与动量校正系数存在线性关系,所得计算式可用于相同工况条件下能量及动量校正系数的预测。
  • 图  1  计算区域示意[17]

    Figure  1.  Schematic diagram of calculation area[17]

    图  2  断面平均流速分布

    Figure  2.  Distribution of average velocity

    图  3  不同水深比下复式断面能量和动量校正系数分布

    Figure  3.  Distribution of correction coefficients of energy and momentum in compound sections with different flow depth ratios

    图  4  能量及动量校正系数随水深比的变化

    Figure  4.  Values of the kinetic energy and momentum coefficients against different flow depth ratios

    图  5  断面深度平均流速分布

    Figure  5.  Average velocity distribution at section depth

    图  6  不同植被密度下复式断面能量和动量校正系数分布

    Figure  6.  Distribution of correction coefficients of energy and momentum in compound sections with different densities of vegetation

    图  7  能量及动量校正系数随植被密度的变化

    Figure  7.  Values of the kinetic energy and momentum coefficients against different densities of vegetation

    图  8  αβ关系分析

    Figure  8.  Relation between α and β

    表  1  计算工况

    Table  1.   Computation conditions

    工况滩槽水深比
    水深植被密度阻力系数 /m−1雷诺数
    弗劳德数
    网格数量
    主槽/m滩地/m主槽滩地
    1 0.10 0.08 0.008 0 0 31 653 0.76 160×100×80 160×100×10
    2 0.17 0.08 0.013 6 0 43 843 0.76 160×100×80 160×100×15
    3 0.25 0.08 0.020 0 0 47 779 0.65 160×100×80 160×100×20
    4 0.50 0.08 0.040 0 0 67 189 0.56 160×100×80 160×100×40
    5 0.75 0.08 0.060 0 0 79 793 0.48 160×100×80 160×100×60
    6 0.50 0.08 0.040 0 0.28 67 112 0.56 160×100×80 160×100×40
    7 0.50 0.08 0.040 0 1.13 67 112 0.56 160×100×80 160×100×40
    8 0.50 0.08 0.040 0 2.26 67 112 0.56 160×100×80 160×100×40
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-05
  • 网络出版日期:  2022-07-12
  • 刊出日期:  2022-08-23

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