弯道河段水流流态试验研究

2021年2月摘要为了分析不同流量和弯道角度对河道冲刷深度的影响，在室内进行了不同流量和弯道角度河道冲刷试验。

试验结果表明：在弯道河段，河道凹侧泥沙冲刷深度顺水流方向呈现先逐渐增大，出弯道后逐渐减小的现象，弯道凸侧冲刷深度较小或出现了淤积现象，河道凹侧冲刷深度大于凸侧冲刷深度，河道最大冲刷深度出现在河道凹侧弯顶的下游。

随着流量和弯道角度的增大，顺直河段和弯道河段的冲刷深度均增大；河流弯道最大冲刷深度与流量和弯道角度的关系可用多元乘幂函数表示。

关键词：流量；弯道；冲刷深度中图分类号：TV14文献标识码：AStudy on the Influence of River Bend Angle and Flow on River Bend ScourHE Li-li GUO Xiang-hong ZHAO Jun-gang QUAN Bing-xin LIANG Shi-chunAbstract:In order to analyze the influence of different discharge and bend angle on the river scour depth ，the riverscour tests with different flow rate and bend angle were carried out in the laboratory.The test results show that in the bend section ，the sediment scour depth on the concave side of the river increases gradually along the flow direction ，and then decreases gradually ，and the scour depth on the convex side of the bend is smaller or silting occurs.The scour depth on the concave side of the river is greater than that on the convex side ，and the maximum scour depth appears in the lower reaches of the bend on the concave side of the river.With the increase of discharge and bend angle ，the scourdepth of straight reach and bend section increases ，and the relationship between the maximum scour depth of river bendand discharge and bend angle can be expressed by multivariate power function.Key words ：flow rate ；bend ；scour depth河流弯道角度和流量对河流弯道冲刷影响研究贺丽丽郭向红1赵俊刚2全炳欣2梁世春2（1.太原理工大学水利科学与工程学院山西太原030024；2.山西省交通规划勘察设计院有限公司山西太原030012）文章编号：1006-8139（2021）01-010-05收稿日期：2020-11-09基金项目：山西省交通运输厅科技项目（2017-1-15）作者简介：贺丽丽（1980-），女，2020年硕士研究生毕业于太原理工大学，主要从水力学及河流动力学研究。

四川农业大学本科生毕业论文（设计）开题报告毕业论文（设计）题目弯道水流流场特性分析的数值模拟研究选题类型应用型课题来源自选项目学院信息与工程技术学院专业水利水电工程指导教师职称无姓名年级学号一、研究课题的背景和意义1.选题背景弯曲河段对国民经济各部门都有着较大的影响，历来受到人们的重视。

特别是随着对研究深度与广度越来越高的要求，采用物理模型和数学模型，开展河弯水流运动和河床变形方面的模拟，往往是常有的事情，也是很有效的。

模型试验与数值计算相结合，各取所长，相互印证,是研究弯道河流特性的主要手段。

我国海河流域的南运河，淮河流域的汝河下游和沙河、颖河下游，黄河流域的渭河下游，长江流域的汉江下游以及有“九曲回肠”之称的长江荆江河段等，都是典型的弯曲型河段（如下图1）图 1美国的密西西比河下游，也是世界有名的典型弯曲型河段。

河流自身的流域特性决定了其几何形状，其弯曲形状是长年水流动力作用下的结果。

河流两岸的抗冲、抗剪能力与水流冲击、剪切力相平衡塑造了河道的形态，并在长期的发展过程中经过不断的调整，达到新的平衡。

（如下图2）图22.选题意义天然河流几乎都是弯曲的，弯道可以看成是组成河流的最基本的单元[1]。

弯道水流是指行进在弯曲河道中的水流，弯曲河道的床面和岸壁组成了弯道水流的外边界。

由于边界条件的不同，使得弯道中行进的水流运动特性也与顺直河段中不同。

水流进入弯道后，由于离心力的作用，使得凹岸水位抬高，凸岸水位降低，造成了水面横比降。

水面横比降引起弯道断面横向压力差，这种压力差沿垂线分布的均匀性和流速沿垂线分布的非均匀性，导致了弯道断面横向环流的出现，这一主体环流与纵向水流一起构成了弯道水流所特有的螺旋流，弯道水流运动形态如图1-1。

此外，由于弯道进口凹岸和出口凸岸均出现水面负比降，依据流体动力学，水面负比降（压力沿程增加）是流速脱离边壁产生水流分离流动的必要条件，因此，上述两处可能出现弯道分离流，出口凸岸更易出现此现象[2]。

实验一弯道水流实验1. 实验目的要求弯道是平原河流中最常见的局部河段。

弯曲性河流就是由一个个反向河湾与直段连接而成，分汊河流的个别汊道也常常发展为弯道，甚至顺直型河流在枯水季节的河槽也具有弯曲的形状，弯道水流的特征与相应的泥沙运动、河床演变等密切相关。

（1）观察弯道上的水流情况，增加对弯道环流的认识；（2）了解弯道水流的纵、横向流速分布规律（3）弯道水面纵、横向比降及凹岸水面超高值的沿程变化规律2. 实验仪器设备。

（1）360度道水槽（R=1米）。

（2）流速仪，带刻度可测流向的活动测针架，水位测针，钢卷尺。

（3）模型沙、高锰酸钾，木屑等示综剂。

3.实验准备（1）启动供水系统，调节进水流量及弯道水槽尾门水位，使实验段水流平稳，水深控制在15—20cm之间；（2）布置测量断面及测点位置：在弯道内布设0°、60°、120°、180°、240°、300°、360°等七个测量断面，在弯道槽上、下游直段上分别布设一个测量断面。

（3）放好测架，安装好流速仪及水位测针。

4. 实验步骤（1）在各个测量断面上两侧（测点距槽壁各5cm）和中轴线上用活动测针测量水面高程。

（2）使用流速仪以三点法测量弯道0°、60°、120°、180°、240°、300°、360°等七个测量断面的流速与流向。

测量垂线的布置与测量水面高程时相同。

（3）在水面施放木屑及高锰酸钾等示踪剂、床面施放模型沙，观察弯道水流水面、水流内部水质点运动轨迹以及弯道床面推移质泥沙的运动情况。

5. 实验注意事项（1）弯道水流是典型的三维水流，实验室应注意观察水流及示踪剂、模型沙的运动情况。

（2）测弯道不同断面流速时要及时调整，保持流速仪测桨轴向与测点水流流向一致。

（3）若采用沿流程安装的固定水位测针测量水面高程时，应先按统一的基准面确定各测针零点高程。

弯道上游顺直河段水流流态的研究
郭维东;于冰;张雪涛;李亚飞;陈娟
【期刊名称】《沈阳农业大学学报》
【年(卷),期】2008(039)002
【摘要】采用三维声学多普勒流速仪对弯道上游顺直河段水流特性进行了系统的试验研究,全面分析了水流的三维时均流速及流场和纵向紊动强度.结果表明:该河段存在折冲水流,弯道与直道衔接处凸岸侧存在分离区,水流紊动强度的区域分布与流速区域分布相对应.该研究可为相关的理论研究和工程实践提供借鉴和理论依据.【总页数】4页(P247-250)
【作者】郭维东;于冰;张雪涛;李亚飞;陈娟
【作者单位】沈阳农业大学,沈阳,110161;沈阳农业大学,沈阳,110161;朝阳市大陵河工程建设管理局,辽宁,朝阳,122000;江苏大学,江苏,镇江,212013;沈阳农业大学,沈阳,110161
【正文语种】中文
【中图分类】TV131.3
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1.复式断面弯道段的水流流态研究 [J], 张土乔;马健;孙东坡;李国庆
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3.弯道分流时支汊河段水流流态研究 [J], 陈娟;郭维东;石达;赵日全;于冰
4.弯道河段水流流态试验研究 [J], 刘健;郭维东
5.一种改善溢洪道陡槽弯道水流流态的措施研究 [J], 傅灿;邱勇;余雄杰;杨添平
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90度弯道中丁坝附近的冲刷和水流场摘要：丁坝是河道整治中一个重要的部分，它能使流场、泥沙运输、河床地形产生迅速的变化。

弯曲河道中的水流机制和泥沙运动是很复杂的，尤其是当在弯道设丁坝时会更加复杂。

大多数关于丁坝周围的水流特性和冲刷的研究都是在顺直河道中进行的。

这篇文章展示了在90度弯曲河道中丁坝周围的流场和冲刷的实验结果。

河床是由粒径统一的泥沙构成的，实验对在不同流量下弯道中的丁坝在不同位置和不同长度的情况进行了研究。

研究了丁坝附近的三维流场，结果表明最大冲刷深度与弗劳德数、丁坝在弯道的位置和丁坝的长度有关。

关键词：丁坝冲刷 90度弯道河床变形动床流动形态1 引言不同的研究者对弯道的冲刷进行了广泛的研究。

Rozovskii研究了动床弯道的水流特性和边界剪切力分布。

关于弯道冲刷的一项早期研究的是Shukry在一个矩形槽中的90度和180度弯道中进行了水深和宽度比值、水流宽度值和弯道的半径都不同的实验。

Yen在弯道中进行了一个实验来研究平衡河床结构和水流特性。

最近Ghodsian and Mousavi把弯曲河道的最大冲刷深度和密度弗劳德数、相对弯曲半径和相应的水深联系在了一起。

Ikeda (1975), Zimmerman and Kennedy(1978), Odgard (1981 and 1984), Komura (1986) and Blanckaert (2002)等，这些人对弯道中横向河床坡度的变化进行了研究。

丁坝的建立可以改变水流的方向，使水流从岸边向河中扩宽，还经常被用来增加水深、保护河岸和防洪计划。

弯曲河道的凹岸经常被冲刷。

因此河道会发生横向移动。

在弯曲河道中丁坝很可能用来控制河岸冲刷和横向移动。

在设计丁坝时一个重要的考虑就是预测水流产生的河床冲刷深度。

冲刷深度的评估吸引了大量研究者的兴趣，目前已经有很多不同的预测方法。

但大部分的研究人员都集中于顺直河道中丁坝的冲刷，比如Ahmad (1951; 1953), Garde et al. (1961), Gill (1972), Richardson et al. (1975), Rajaratnam and Nwachukwu (1983a), Lim and Tong (1991), Shields et al. (1995), Kuhnel et al. (1999) and Kothyari and Ranga Raju (2001).当把丁坝布置在弯曲河道的凹岸冲刷过程就会变得很复杂。

弯道水流环流结构的试验研究
童思陈;钟亮;许光祥
【期刊名称】《水运工程》
【年(卷),期】2009(000)010
【摘要】建立了弯道水流概化模型试验,利用ADV对三维流速数据进行了采集.通过对弯道水流流速的分析统计.对弯道环流沿程变化和分层结构进行了初步研究.结果表明,环流结构在弯顶前后呈现出不同规律,并且存在沿水深上下分层的现象.研究为进一步深入探讨弯道水流特性奠定了基础.
【总页数】4页(P32-35)
【作者】童思陈;钟亮;许光祥
【作者单位】重庆交通大学河海学院,重庆,400074;重庆交通大学河海学院,重庆,400074;重庆交通大学河海学院,重庆,400074
【正文语种】中文
【中图分类】TV131
【相关文献】
1.常曲率U型弯道水流结构与泥沙冲淤试验研究 [J], 白玉川;高术仙;徐国强
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弯道环流实验报告总结摘要弯道环流实验是一种常用的实验方法，用于研究在弯曲管道中的流体流动。

本实验采用了弯曲的管道模型以及流体流速和压力的测量仪器，通过对实验数据的采集和分析，得出了关于弯道环流的一些重要结论。

引言弯道环流是一种常见的流体现象，广泛存在于管道输送、空调系统以及工业加工过程等领域。

研究弯道环流的特性对于优化流体输送系统的设计和运行有着重要意义。

本实验旨在通过构建弯曲管道模型，测量不同流速下流体在管道中的压力分布，进一步探究弯道环流的特性。

实验方法及步骤实验设备1. 流体输送系统实验设备中的流体输送系统包括一个压力泵、一个弯道管道模型、一个压力传感器以及一个流速计。

其中，压力泵提供了实验所需的流体动力；弯道管道模型是实验中的主要对象，用于产生弯道环流；压力传感器用于测量管道内的压力变化；流速计用于测量流体在管道中的流速。

2. 数据采集系统为了方便对实验数据进行记录和分析，我们配备了一套数据采集系统，主要包括一个实验控制器和一个计算机。

实验控制器用于控制实验设备的运行，并进行数据的实时采集；计算机用于存储和处理实验数据，生成结果图表。

实验步骤1. 连接实验设备：将压力泵、弯道管道模型、压力传感器和流速计按照指示正确连接并固定好。

2. 实验参数设定：通过实验控制器对实验参数进行设定，如流速、流量和实验时间等。

3. 实验运行：启动实验控制器，开始实验运行。

实验过程中，实验控制器会自动采集数据，并将其传输至计算机端的数据采集系统。

4. 数据记录和分析：通过数据采集系统，记录实验数据，并进行分析。

在实验过程中，定期检查和记录压力传感器和流速计的读数。

5. 结果对比与讨论：根据分析所得的实验数据，对不同流速下弯道环流的特性进行对比与讨论，并得出相应的结论。

结果与讨论在实验中，我们测量了不同流速下流体在弯曲管道中的压力分布。

通过对实验数据的分析，我们得出了以下结论：1. 弯道环流的存在：当流体通过弯曲管道时，会形成环状流动现象。

分流对弯道水流水力特性影响的试验研究的开题报告一、选题背景在水利工程中，因为各种原因河流、沟渠等的水流都有弯曲的情况，这时就需要研究弯道水流的水力特性，以便更好地进行工程设计和建设。

其中，分流是弯道水流中的一种常见现象，它会对弯道流的水力特性产生影响，因此理解和掌握分流对弯道水流水力特性的影响是很有必要的。

二、研究目的本试验的研究目的是探究分流对弯道水流水力特性的影响，包括分流对水深、流速、水位变化、河床冲刷等方面的影响，为了更好地实现这一目的，我们将会开展以下工作：1.设计试验方案，选择适当的试验设备和工具进行试验。

2.对弯曲水流的分流情况进行观测和记录，采集大量的实验数据。

3.对试验结果进行数据处理和分析，探究分流对弯道水流水力特性的影响。

4.对试验结果进行总结和归纳，提出相应的结论和建议。

三、研究方法本试验将采用实验室模型试验的方法进行。

在进行试验前，我们将综合汇总现有文献资料和实验研究成果，选定适当的试验参数和试验模型。

然后设计试验方案，根据实验设备和工具特点，选择合适的流量计、流速计、水深计和喷沙仪等进行试验。

在试验过程中，我们将会对弯曲水流的分流情况进行观测和记录，采集大量的实验数据。

在试验结果得到后，我们将对其进行数据处理和分析，探究分流对弯道水流水力特性的影响，并提出相应的结论和建议。

四、预期结果通过本次试验研究，我们期待能够得到如下预期结果：1.探究分流对弯道水流水力特性的影响。

2.分析实验数据，建立分流与弯度比、分流比之间的关系模型。

3.从实验结果中总结出分流对弯道水流水力特性的重要因素。

4.通过试验结果和分析，提出相应的应用措施和建议，指导实际工程设计和建设。

五、研究意义本次试验研究对加深我们对弯道水流的水力特性和分流现象的理解，提高水利工程设计和建设的实际应用水平具有重要意义。

同时，积极探究分流对弯道水流水力特性的影响，对进一步推进水力学理论研究和实践应用具有重要的指导意义。

U形弯道水流实验及其数值模拟探究作者：管悦任宏宇王瑞库来源：《科技资讯》 2013年第24期管悦任宏宇王瑞库(吉林省水利水电勘测设计研究院吉林长春 130000)摘要:在现阶段的发展中，我国对道路的研究进入到了一个新的阶段，原本很多不被重视的道路得到了充分的重视，尤其是U形弯道。

对于U形弯道而言，水流对其具有很大的影响，我们需要对U形弯道水流进行一定的实验，将实验的结果进行系统的分析，这样就可以在道路建设的过程中，有效的避免一些问题的发生，同时可以让U形弯道更好的为广大的居民服务，成为社会发展的动力。

对于U形弯道而言，水流实验是最有效果的。

关键词：弯道水流数值中图分类号：TV143文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2013)08(c)-0030-011 试验概况及数值模拟方法对于U形弯道水流实验及其数值模拟探究来说，需要采取一定的方式方法，才能得到理想的结果，在U形弯道水流试验方面，主要情况如下：U形平底弯道水槽由有机玻璃制作,宽0.30m,深0.50m,试验段由2个1.50m的顺直段和1个内径为0.50m、外径为0.80m的半圆组成,总共布置试验测试断面14个,每个断面按等宽布置5条测速垂线,间距为5cm,沿水深方向每隔1cm测试一点,供水系统为自循环系统,具体见图1所示。

而在数值模拟探究方法中，以应用软件Fluent6.3为基础,采用雷诺应力(RSM)模型模拟流场,通过VOF方法模拟水流自由面对U形(180°)弯道水流特性进行了分析。

计算网络见图2所示。

从图2中，我们可以较为清晰的看到，对于U形弯道水流实验及其数值模拟探究来说，每一个环节都要精确化的进行，每一段所采用的方法都有所不同，这样才能在试验的过程中，发现问题的所在，从而制定出有效的解决办法，对于数值模拟探究而言，必须将所有的数值有效的进行统计，之后进行一个系统的分析，结合实际的情况，才能得到最真实的结果。

2 试验测试与数值模拟结果及分析2.1 水面横比降分析在U形弯道水流实验及其数值模拟探究工作中，水面横比降分析是一个非常重要的环节，前面的工作有很大一部分都是为水面横比降分析所准备的。

溢洪道弯道水流的模型试验及数值模拟研究的开题报告一、选题背景和研究意义溢洪道的设计和施工对于水电站的正常运行和安全稳定起着至关重要的作用。

其中弯道处的水流流态及其对引水及涡旋形成的影响一直是研究热点。

为此，本研究选取了一座水电站的溢洪道弯道处进行了模型试验及数值模拟的探究，旨在探讨弯道处水流流态的变化、涡旋的形成及其对于溢洪道的影响，为实际工程的设计与施工提供科学依据。

二、研究内容与思路本研究主要分为以下两个方面：1. 模型试验本研究将在水工模型试验实验室内对溢洪道弯道水流进行模拟试验。

试验前需确定试验模型的尺寸、模型材料和模型比例等参数，并根据模型参数设计模型，并通过摄像机等设备观测和记录水流流态变化情况以及涡旋形成情况，将数据记录下来用于后续分析。

2. 数值模拟本研究将运用ANSYS Fluent等专业软件对实验结果进行数值模拟分析，建立弯道水流动力学模型，探究弯道中水流的受力情况、流态特性及涡旋形成原理，分析涡旋对于引水和排水等实际工程中的影响。

三、研究预期成果与贡献本研究通过对溢洪道弯道水流的模型试验和数值模拟研究，能够有效提高对弯道处水流流态变化、涡旋形成及其对于实际工程的影响的认识。

具体来说，预期成果如下：1. 通过模型试验和数值模拟，探究弯道水流的流态，深入学习涡旋形成的流动机理。

2. 分析涡旋对于引水、排水等实际工程的影响，为工程实践提供指导，具有一定的理论价值和应用意义。

3. 为类似工程中后续研究提供依据，为实际工程的设计、施工及维护等提供科学依据。

由此，本研究对于深入了解溢洪道弯道水流流态变化、涡旋形成及其对于实际工程的影响的重要性是不言而喻的。