双重障碍物对开闸式异重流运动特性的影响

异重流现象广泛存在于自然环境和水利工程中。现实工况中，底床设置障碍物是抑制异重流侵袭的有效手段，因此研究障碍物对异重流运动特性的影响具有实际工程价值。采用开闸式异重流实验，对比不同障碍物间距及高度对异重流最大扩散高度、头部速度等方面的影响，从而得到双重障碍物最优工程布置方案；分析异重流在障碍物上下游区域的速度剖面及其越过障碍物时的涡度场；对比无障、单一障碍物、双重障碍物工况对异重流掺混系数的影响。结果表明，双重障碍物最优布置方案为第一障碍物高于第二障碍物，障碍物间距要尽可能大，但应保证异重流遇到第二障碍物之前未恢复典型头部形态；在双重障碍物上游区域，异重流速度剖面出现畸变，畸变范围大致与障碍物等高，主流速度衰减明显，在障碍物下游区域，完成形态重塑的异重流，其速度剖面均存在明显的壁面区和射流区；相对于无障和单一障碍物工况，流经双重障碍物的异重流厚度明显变小；越障前后，异重流掺混系数呈现“M”型分布，越过第二障碍物后异重流的掺混速率明显大于第一障碍物。结果可为防治异重流灾害及保证水利工程安全等领域提供参考。     

异重流在不同粗糙底床上运动特性的实验研究

进行一系列开闸式异重流水槽实验,考虑三种不同底床粗糙度对异重流运动特性的影响.通过高速摄像机拍摄异重流的运动过程,并利用粒子图像测速技术(PIV)记录局部流场结构.结果表明:异重流运动过程分为滑塌阶段和自相似阶段,底床粗糙度可以改变异重流的运动状态,尤其是通过底床附加阻力降低异重流头部速度并迫使其更早进入自相似阶段,但是对滑塌阶段速度影响不显著.异重流的弗劳德数在滑塌阶段变化不显著,而在自相似阶段呈现递减趋势;掺混系数随头部位置和理查德森数增大均呈现递减趋势,而粗糙底床可以加强掺混,增大掺混系数.异重流上界面与环境水体掺混形成正涡度带,下界面由于底床无滑移条件和底床流场结构的多方向性形成正负涡度带交错的现象,并且异重流剖面速度峰值会出现抬升现象.