基于大涡模型的床面形态与水流相互作用过程模拟研究

来源：水资源与水工程学报杂志2024年第2期北京时间：

作者：刘汛，宗全利，刘贞姬，苏军

单位：1.石河子大学水利建筑工程学院,2.青岛农业大学资源与环境学院,3.石河子市水利工程管理服务中心

摘要：为判断动床弯道中二次流和涡结构模型的模拟精度，基于Barbhuiya的90°水平弯道冲刷水槽试验，比较了大涡模型（LES）和RNG k-ε模型对弯道冲淤过程中床面形态模拟的精确程度，发现LES模型结果更加精确。基于LES模型模拟结果，通过使用Q准则识别二次流产生的底部涡结构，分析了涡结构对床面冲刷淤积的定量影响。结果表明：在清水冲刷动床弯道的过程中，Q值介于30~50之间时底部涡趋于稳定存在，Q值大于50时会明显影响床面冲淤；强大稳定的涡结构会使床面形态逐渐稳定，床面冲刷和淤积速率趋于一个定值，床面冲刷和淤积速率不超过2×10-6 m/s。进一步分析弯道内剪切流速与床面形态的关系，发现弯道内存在两类高剪切流速区域，当第一类区域剪切流速值大于第二类时，床面会出现深度大于0.10 m的明显冲刷坑。研究结果可为弯道中冲淤平衡和床面形态模拟提供参考。

关键词：大涡模型,弯道模型,床面形态,动床模拟,RNG k-ε模型

基金资助：国家自然科学基金项目（12162030）；山东省自然科学基金项目（ZR2021ME167）