【摘 要】
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黄河内蒙古段地处高纬度地区,凌汛灾害频发,不仅影响了周边地区的安全生产,更阻碍了沿岸地区的经济发展,防凌减灾已成为推动黄河高质量发展的刚需,而弯曲河道更是凌汛灾害的高发区域,因此研究弯道的流凌运动是重中之重。本文基于FLUENT-EDEM耦合方法,概化什四份子弯道形态,建立三维弯道模型,对不同流速、不同颗粒直径、不同生成速率的冰颗粒进行模拟分析,探究不同时段下的冰颗粒输移规律以及冰颗粒聚集影响因素
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黄河内蒙古段地处高纬度地区,凌汛灾害频发,不仅影响了周边地区的安全生产,更阻碍了沿岸地区的经济发展,防凌减灾已成为推动黄河高质量发展的刚需,而弯曲河道更是凌汛灾害的高发区域,因此研究弯道的流凌运动是重中之重。本文基于FLUENT-EDEM耦合方法,概化什四份子弯道形态,建立三维弯道模型,对不同流速、不同颗粒直径、不同生成速率的冰颗粒进行模拟分析,探究不同时段下的冰颗粒输移规律以及冰颗粒聚集影响因素。采用野外原型观测和数值模拟相结合的研究方法,于畅流期对什四份子弯道河段进行数据采集以及流凌试验,根据实测数据,建立什四份子弯道三维模型,将实测结果与模拟结果对比,证明模型模拟水流运动和流凌运动的准确性,并探究弯道中流凌的运动规律与撞岸情况。主要研究内容和结论如下:（1）采用FLUENT-EDEM耦合方法,概化什四份子弯道为150°弯道,模拟分析该弯道条件下的冰颗粒运动。通过观测不同时段冰颗粒分布情况可知,由于壁面粘滞力和颗粒间相互挤压作用,弯道凹岸侧出现冰颗粒聚集现象,聚集区对水流产生的阻碍作用导致了凹岸侧低流速区的形成,且随上游不断来冰,凹岸侧冰颗粒聚集区和水流低流速区沿凹岸侧呈扩张趋势。（2）设置不同流速、不同冰尺寸、不同冰量的60组模拟试验,模拟分析冰颗粒在150°弯道模型中的运动情况,流速为1.2m/s时,冰颗粒发生聚集现象的临界来冰密集度为2.52%,流速为1.5m/s时,临界来冰密集度为4.48%,流速为1.8m/s时,临界来冰密集度为7.46%,流速为2.0m/s时,临界来冰密集度为10.74%,综合分析可知,冰颗粒聚集受流速、冰尺寸的影响较大。（3）基于实测地形数据,建立什四份子弯道三维模型,对什四份子弯道畅流期进行模拟试验,各断面中水流流速实测值与模拟值的相对误差均在16.7%以内,证明了河道模型在水流模拟方面的可行性。结合野外流凌实验,在河道模型的相同坐标点设置7组单一冰盘模型进行模拟试验,冰盘模型的实际运动轨迹与模拟运动轨迹整体拟合程度较好,证明了河道模型在流凌模拟方面的可行性。（4）基于什四份子弯道三维模型,对单冰运动和群冰运动模拟研究,分析冰模型在河道中的运动轨迹、聚集情况,以及对边界的撞击位置及撞击角度,结合野外原型观测结果及弯道河冰输移演变规律,确定冰桥及冲击岸冰的形成区域及河岸待加固位置,为防凌减灾提供参考。
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