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不同来流条件下弯道床面切应力分布机制研究
更新时间:2026-03-16
    • 不同来流条件下弯道床面切应力分布机制研究

    • Distribution Mechanism Of Shear Stress On Bend Bed Under Different Incoming Flow Conditions

    • 急弯河段床面切应力分布是控制弯道冲淤格局的关键。然而,弯道二次流与主流耦合如何塑造床面切应力的空间分布,哪些过程在工程尺度上可以忽略,仍缺少定量研究。本文结合高精度三维试验与数值模拟结果,在柱坐标系下对水深平均切向与径向动量方程进行逐项分解与量级评估。分析表明,床面切应力的主控机制来自主流输运与环流输运的耦合:切向动量收支中,主流输运项与环流输运项长期占主导,纵向水面坡降仅在几何曲率突变附近出现局部增强;径向动量收支主要由径向输运项与横向水面比降项决定,环流输运次之。两套方程中雷诺应力项始终处于最小量级,说明在本文工况下床面切应力不依赖紊动项的贡献。在Fr=0.12~0.21的低弗劳德数范围内,各物理项相对量级序列保持稳定,仅随流况同步放大,表明床面切应力分配对 Fr 变化不敏感。此外,针对本文研究的H/R较大的急弯,二次环流与表层分离流耦合作用会在30°~90°弯道段凸岸附近形成窄而强的高切应力带,其峰值约为周围区域的两倍;二维模型若仍采用床面常数阻力系数,将系统性低估该危险带切应力并高估纵向平均流速。基于动量分析,本文提出阻力系数应随H/R(并结合相关紊动强度)渐进变化取值,为急弯河段二维模拟修正、护岸布置与河道整治设计提供了定量依据。
    • 工程科学与技术   2026年 页码:1-14
    • 基金信息:
      国家自然科学基金(52579058;42376166)
    • DOI:10.12454/j.jsuese.202501007    

      中图分类号: TV147
    • 收稿:2025-12-30

      修回:2026-02-02

      网络首发:2026-03-16

    移动端阅览

  • 胡呈维,栾华龙,渠庚.不同来流条件下弯道床面切应力分布机制研究[J].工程科学与技术, DOI:10.12454/j.jsuese.202501007.

    HU Chengwei,LUAN Hualong,QU Geng.Distribution Mechanism Of Shear Stress On Bend Bed Under Different Incoming Flow Conditions[J].Advanced Engineering Sciences, DOI:10.12454/j.jsuese.202501007.XXXX,XX(XX):1‒14.

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