植物条件下明渠紊流KH涡的形成和发展过程研究

批准号:
51979084
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
闫静
依托单位:
学科分类:
水力学与河流动力学
结题年份:
2023
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
闫静
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中文摘要
植物为水生生物提供了栖息地和食物来源,净化了河流水质,在防止河岸侵蚀及维护河床稳定方面起着重要作用,是维持河流生态系统健康的重要因素。植物在改变河道阻力的同时,引起了不同涡结构的形成、发展以及紊流拟序运动的改变,其中由于流动不稳定性形成的开尔文-亥姆霍兹涡(KH涡)对于重塑水动力条件、改变物质输运规律(如泥沙运动和污染物扩散)具有显著影响。本研究拟从流动稳定性理论出发,采用模拟植物开展水槽实验,利用高频图像粒子测速技术(PIV)和超声波多普勒测速技术(ADV)进行流场测量,结合紊流统计理论、图像分析法、相关分析法和频谱分析法,对植物条件下明渠紊流KH涡结构的形成条件、运动参数(几何形态和周期)、沿程发展过程、影响因素进行深入研究。研究成果有望丰富明渠水动力学和紊流力学,为预测和研究植物条件下明渠泥沙运动和污染物输移提供理论基础,同时也为植物河流生态修复工程中紊流控制和工程设计提供科学依据。
英文摘要
The aquatic plant, which provides habitats and food sources for aquatic life and purifies the water quality of the river, plays an important role in preventing bank erosion and keeping river bed stability. It is an important factor in maintaining the health and dynamic balance of river ecosystems. Plants not only change the resistance of the river but also cause the formation and development of different vortex structures and thus change the turbulent coherent structures,among them, the KH vortex formed by flow instability and discontinuity has a significant influence on reshaping hydrodynamic conditions and changing the law of mass transport, such as sediment movement and pollutant dispersion...Based on the theory of turbulence instability, we plan to carry out flume experiment study with model plants, high-frequency Particle Image Velocimetry(PIV) and Acoustic Doppler Velocimetry(ADV). The measured flow information, combined with the theory of turbulence statistics, image processing technique,correlation analysis and spectrum analysis, will help us to conduct in-depth and comprehensive investigation on the formation conditions, the geometrical parameters and movement period, the development processes (expansion, collapse), and the influence factors of KH vortex structure in open channel turbulence with vegetation. Research results are expected to enrich the open channel hydrodynamics and turbulence mechanics. They may establish a theoretical basis for predicting and studying sediment transport and pollutant dispersion in open channels with the presence of plants, besides, they may provide a scientific basis for turbulent flow control and design in river ecological restoration engineering.
期刊论文列表
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DOI:10.1016/j.jhydrol.2023.129061
发表时间:2023-02
期刊:Journal of Hydrology
影响因子:6.4
作者:Han-qing Zhao;Wei‐Jie Wang;Yan-Fang Zhao;Xiao-Bo Liu;Qing-Chuan Chou;Yu Gao
通讯作者:Han-qing Zhao;Wei‐Jie Wang;Yan-Fang Zhao;Xiao-Bo Liu;Qing-Chuan Chou;Yu Gao
DOI:10.14042/j.cnki.32.1309.2021.02.010
发表时间:2021
期刊:水科学进展
影响因子:--
作者:赵汗青;唐洪武;闫静;戴会超;刘志武
通讯作者:刘志武
DOI:10.1016/j.jher.2020.10.002
发表时间:2020-11
期刊:Journal of Hydro-environment Research
影响因子:2.8
作者:Hanqing Zhao;Hongwu Tang;Jing Yan;D. Liang;Jinyu Zheng
通讯作者:Hanqing Zhao;Hongwu Tang;Jing Yan;D. Liang;Jinyu Zheng
DOI:10.3880/j.issn.10067647.2023.03.015
发表时间:2023
期刊:水利水电科技进展
影响因子:--
作者:闫静;鲁经宇;赵汗青;雷燕;彭显峰;林青炜
通讯作者:林青炜
DOI:--
发表时间:2021
期刊:水利水电技术
影响因子:--
作者:闫静;余洋;唐立模;鲁经宇
通讯作者:鲁经宇
含植物明渠流动分区及特征尺度研究
- 批准号:51579079
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:63.0万元
- 批准年份:2015
- 负责人:闫静
- 依托单位:
植物条件下明渠紊流拟序结构和紊流类型研究
- 批准号:51109066
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:闫静
- 依托单位:
国内基金
海外基金
