方柱繞流的piv實驗及數(shù)值研究

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1、學校代碼：10264研究生學號：M120306654上海海洋大學碩士學位論文題目：方柱繞流的PIV實驗及數(shù)值研究StudyonCurrentAroundaSquareColumnUsingParticleImage英文題目：VelocimetryExperimentandNumericalSimulation專業(yè)：環(huán)境科學與工程研究方向：河流動力學及海岸動力學姓名：楊繼忠指導教師：顧杰教授二O一五年六月十三日上海海洋大學學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：我恪守學術道德，崇尚嚴謹學風。所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經明確注明和引用

2、的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的作品及成果的內容。論文為本人親自撰寫，我對所寫的內容負責，并完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。學位論文作者簽名：日期：年月日上海海洋大學學位論文版權使用授權書學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱或借閱。本人授權上海海洋大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。保密□，在年解密后適用本版權書。本學位論文屬于不保密□學位論文作者簽名：指導教師簽名：日期：

3、年月日日期：年月日上海海洋大學碩士學位論文答辯委員會成員名單姓名工作單位職稱備注詹詠上海理工大學副教授主席印春生上海海洋大學教授委員劉浩上海海洋大學副教授委員丁俊上海海洋大學秘書答辯地點教學樓2111答辯日期2015.6.4上海海洋大學碩士學位論文方柱繞流的PIV實驗及數(shù)值研究摘要方柱繞流現(xiàn)象廣泛存在于橋梁工程、海洋工程和城市建設等工程科學領域中，例如橋墩、石油開采平臺、城市高層建筑以及攔污柵等。它包含了分離、再附、回流與旋渦脫落等復雜流動現(xiàn)象，全面深入地研究方柱周圍的流場特性對人們解決相關實踐工程中的問題具有重要意義。本文首先簡單回顧了近年來國內外學者對方柱繞流特性的研究

4、，然后采用物理模型實驗與數(shù)值模擬相結合的方法，從理論上對水體中方柱繞流的流場特性進行了更深入的研究。物理實驗部分重點研究了不同來水流量情況下的方柱繞流流場特征。主要從方柱上游、左右兩側和下游的時均流場以及方柱下游的瞬時流場四個方面對實驗結果進行了分析。其主要結論為：(1)增大流量對方柱上游時均流場的影響，表現(xiàn)為對低流速區(qū)域分布影響較小，而對較高流速區(qū)域分布的影響較大；(2)在方柱左右兩側分別形成了一個順時針和逆時針的渦流，在該渦流遠離壁面處形成了高流速區(qū)域，且該區(qū)域內的流速隨著流量的增大而增大，但其相對特征流速的增幅隨流量的增大反而減??；(3)在方柱下游形成了兩個左右對稱、

5、旋轉方向相反的渦流，且流量的增大對回流區(qū)的長度影響很小，該回流區(qū)的長度基本與方柱邊長為等量級關系但略大于方柱邊長；(4)在瞬時流態(tài)方面，方柱下游水流呈周期性擺動，計算下游水流擺動周期并進一步計算斯特勞哈爾數(shù)，本實驗獲得的斯特勞哈爾數(shù)和前人實驗獲得的斯特勞哈爾數(shù)符合較好。數(shù)值模擬部分，本文按物理模型相同的尺寸大小，采用MIKE3建立方柱繞流的三維數(shù)值模型。并通過實測的流速和水位數(shù)據對數(shù)值模型進行了驗證，驗證結果符合較好。在此基礎上，對物理模型同種工況再進行了數(shù)值模擬分析計算，并與實驗結果進行了對比，結果表明：(1)在方柱上游的時均流場中，兩者低流速區(qū)和高流速區(qū)的分布較為一致，

6、且水流沿流動方向越靠近迎流面處流速越小，并逐漸分為左右兩側流動；(2)在方柱左右兩側的時均流場中，均分別形成了順時針和逆時針的漩渦，流I上海海洋大學研究生畢業(yè)論文場分布情況基本一致；(3)在方柱下游的時均流場中，均形成了回流區(qū)和兩個對稱的渦流，且兩者回流區(qū)的長度基本吻合；(4)對數(shù)值模型計算出的方柱下游連續(xù)時刻的流速矢量圖分析表明，方柱下游的水流亦呈周期性擺動，并伴有左右兩側渦流的交替脫落，其擺動周期和斯特勞哈爾數(shù)與由物理模型結果計算得到的周期及斯特勞哈爾數(shù)差異較小，說明本次數(shù)學模型模擬的結果也是正確的。關鍵詞PIV，方柱繞流，斯特勞哈爾數(shù)，水槽實驗，MIKE3II上海海洋

7、大學研究生畢業(yè)論文StudyonCurrentAroundaSquareColumnUsingParticleImageVelocimetryExperimentandNumericalSimulationABSTRACTThephenomenonofturbulentaroundsquarecolumnexistswidelyinengineeringscientificfieldscoveredinbridgeengineering,marineengineeringandurbanconstruction,s