小宽深比条件下弯道水流特性的试验研究

Experimental Study on Flow Characteristics of Curved Channel in Small Width-depth Ratio Conditions

作者：马淼(西安理工大学 水利水电学院, 陕西 西安 710048)；李国栋(西安理工大学 水利水电学院, 陕西 西安 710048;西安理工大学 西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地, 陕西 西安 710048)；宁健(西安理工大学 西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地, 陕西 西安 710048)

Author：Ma Miao(Inst. of Water Resources and Hydro-Electric Eng., Xi'an Univ. of Technol., Xi'an 710048, China)；Li Guodong(Inst. of Water Resources and Hydro-Electric Eng., Xi'an Univ. of Technol., Xi'an 710048, China;State Key Lab. of Northwest Eco-Hydraulic Eng. Training Base, Xi'an Univ. of Technol., Xi'an 710048, China)；Ning Jian(State Key Lab. of Northwest Eco-Hydraulic Eng. Training Base, Xi'an Univ. of Technol., Xi'an 710048, China)

收稿日期：2017-04-16          年卷（期）页码：2017,49(6):38-46

期刊名称：工程科学与技术

Journal Name：Advanced Engineering Sciences

关键字：弯道水流;水面横比降;横向环流;流速重分布;紊动强度;床面剪切力

Key words：bend flow;transverse of water surface;transverse circulation;redistribution of velocity;turbulence intensity;bed shear stress

基金项目：国家自然科学基金资助项目（51579206）；陕西省自然科学基础研究计划资助项目（2015JM5201）

中文摘要

在弯道水流中，几何参数宽深比对水流的3维运动特性具有重要影响。由于小宽深比（B/H 分别为1.5，2.0，3.0）的U型弯道内水流流速进行了精细测量，并以水面横比降、横向环流、流速重分布、紊动强度与剪切力为研究内容，讨论与分析了该情况下的弯道水流结构。试验结果表明，在小宽深比条件下增加宽深比时：1）水流动力轴线开始向凹岸偏移的位置提前，因而小流速主流线沿着凸岸流动，直到出弯道才开始向凹岸偏移，大流速则更早地向凹岸偏移；2）横向流速在凹岸开始波动的位置依次靠近上游，3种工况中波动位置分别为120°断面、90°断面及60°断面；3）凹岸表层附近出现次生环流的位置依次提前，其位置分别为120°断面、60°断面及30°断面，并且次生环流强度及范围不断增大；4）床面剪切力不断增大。需要指出的是：3种工况的剪切力在弯道入口断面到弯顶断面之间较大，最大剪切力位置均出现在弯道的前半段，可以推断在动床中弯道泥沙在此段的冲刷比较严重；过弯顶断面后，凸岸床面剪切力大于凹岸。试验结果可以有效地反映不同小宽深比参数对弯道水流结构的影响，并为该条件下的弯道泥沙冲淤研究提供参考。

英文摘要

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