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原文传递不同组合下双丁坝对弯道内水力特性的影响试验及数值模拟研究

论文题名：	不同组合下双丁坝对弯道内水力特性的影响试验及数值模拟研究
关键词：	双丁坝;组合方式;弯道水流;通航条件
摘要：	L型和T型丁坝能减少坝头水毁现象的发生，改善通航条件、减少沙滩受到的侵蚀，探究其组合而成的双丁坝对弯道内水力特性的影响，一方面可增进对丁坝水力学特性、弯道水流特性的了解，另一方面可为丁坝在河道整治、航道建设、沙滩养护等实际工程中的运用提供参考。本文以L型和T型丁坝组合而成的双丁坝为研究对象，采用物理试验和数值模拟两种方法对不同组合下双丁坝在U型弯道明渠水槽的水力特性进行研究。物理试验通过水槽模型试验进行，改变双丁坝的坝体间距、首丁坝坝身长度、挑角，分析了弯道沿程水位、水面横比降、水面纵比降、流速的变化规律。数值模拟通过ANSYS CFD进行，建立了与物理模型尺寸相同的数值模型，用物理试验结果对数值模型进行了验证，在此基础上进一步分析了不同排列顺序下弯道内流速、坝后回流区、湍动能、涡流粘度的变化规律，得到以下主要结论: 　　(1)在弯道布设丁坝组合后，水流开始分层，产生主流区和回流区。主流区主槽收缩，流速变大，回流区有逆时针漩涡产生，流速变小。凸岸水位和凹岸水位在丁坝组合布设处均达到一个极大值。在丁坝组合的下游，凹岸水位下降幅度大。　　(2)丁坝组合的坝体间距增大，弯道沿程凸岸和凹岸的水面纵比降变化幅度减小，坝后凹岸的低流速区变长。对比不同坝体间距的丁坝组合，当间距/河宽为3/4时，弯道水流更平顺，对凹岸的保护作用更明显。　　(3)在丁坝组合中，首丁坝坝身长度增加，水位变化幅度增大，最大水面横比降值有所增加，凸、凹两岸的水面纵比降变化幅度增大。故当首丁坝为短丁坝时，能更好地引导水流，更利于减小弯道上的横向环流和螺旋流，水流更平顺，能更好起到保护河岸的作用。　　(4)在丁坝组合中，挑角45°和135°时，凸岸的水流更加平缓;挑角为90°和135°时，进水口附近水面横比降更稳定;挑角为135°时，坝后凹岸的水面纵比降更早趋于0，在沿程的水面纵比降变化幅度最小，并且坝后流速回升最慢，对坝后凹岸的保护长度最长。在135°弯道之后，挑角45°和挑角90°产生的减缓流速的作用不明显，挑角135°仍能产生减缓流速的作用。对比不同挑角的丁坝组合，当设置挑角为135°时，沿程的弯道水流更平顺，保护凹岸的效果更好。　　(5)对比不同排列顺序下的丁坝组合，当排列顺序为L型丁坝+L型丁坝时，坝间湍动能最小，坝翼附近形成一个小漩涡，坝后凹岸形成明显逆时针漩涡，涡流粘度值最小，坝后凹岸的低流速区最长，对凹岸的保护范围最广，坝后回流区长度较长、宽度较宽，有利于防止水流对凹岸的冲刷。近表层和近底层的沿程流速、湍动能、涡流粘度变化趋势基本一致。近表层的湍动能和涡流粘度大于近底层的湍动能和涡流粘度。丁坝组合后的回流区长度和回流区宽度呈正比关系。　　(6)物理试验所得结果更具有说服力，但数据采集耗时较长、工作量大，数据为单点数据。数值模拟节省材料、时间，能反映水流在弯道内各位置的运动状态，但操作过程较复杂，结果会随着条件设置的不同而出现不同。故合理地将物理试验和数值模拟这两种方法结合起来，能节省材料和时间，所得结果更加可靠、完整和直观，能更系统地研究丁坝水力学特性和弯道水流特性。
作者：	骆言
专业：	水利工程
导师：	李春光
授予学位：	硕士
授予学位单位：	宁夏大学
学位年度：	2022