三维自由面紊流作用下的底床冲刷机理研究

水流对底床的冲刷是一个工程涉及面相当广泛的课题。在海洋工程中，海底管线的失稳破坏大多是由波浪与水流共同作用下的海床冲刷所导致，而海岸结构物的基础破坏也常常是海床冲刷和大浪直接作用的共同结果。在水利工程中，消能池底床也常常面临高速射流导致的冲刷破坏。对不同水流状态下（如恒定流、非恒定流、射流、周期流等）的不同材料的底床冲刷进行对比研究不仅能帮助我们了解冲刷发生的机理和演化过程，而且具有相当重要的工程意义。在本项研究中，我们将采用实验室新建成的多功能波流水槽对各种复杂水流条件下的底床冲刷机理进行深入探索，量化冲坑演化与自由面水流状态以及底床材质的相关关系，为床面冲刷的直接三维数值模拟提供理论依据。我们还将开发一套三维自由面紊流数值模型，并运用该模型对一些工程中常见的冲刷问题进行模拟演算，加强对冲刷机理的理解认识，帮助提高工程设计的效率和质量。