颗粒破碎理论,河海大学

周杰 【摘要】：泥沙输运的不平衡是河道、河口河床演变的物质基础,而影响泥沙输运的动力因素较为复杂,尤其是自然界存在的挟沙水流往往是紊流。 修建水库、航道建设、治河工程等迫切需要掌握泥沙输运的规律,了解工程前后的泥沙运移过程的变化,预测未来河床、河势的发展,以便对工程的环境和生态影响、经济效益周期等进行可靠的评价。 建立在泥沙运动力学、河床演变学、流体力学等多学科基础上泥沙输运数值模拟便孕育而生,成为人们了解乃至掌握部分水域的泥沙运动机理的重要工具。

本文河口粘性泥沙数值模拟的理论与方法展开了研究。 首先根据河口地区河床常为淤泥质河床的特点,提出了分层河床固结概念模型,更真实地反映了河床演变的动力过程。 并根据长江口絮凝体的特征,建立了针对长江口的基于有效抑制流速的絮凝度经验表达式,该表达式反映了流速大于破碎流速时,流体的紊动对形成絮凝体的抑制作用。 依据絮凝体沉速的测定率定了絮凝体的分形维数,由此计算长江口粘性沙的沉速与Rouse拟合法获得的沉速范围一致。 其次利用高效的数值计算方法提高了有限元方法的计算效率,为河床演变的长期模拟提供了有力的数值方法。 提出了垂向涡粘性系数垂线平均值的经验表达式,由于该方法避免了紊流模型,因此具有稳定、高效、简单易用的特点。 针对波浪、水流作用的底层流动结构，利用数值模拟和物理试验，开展水沙运动机理研究，探讨水动力特性与泥沙掀扬、床面形态发展的内在机制，以求在理论上有所突破，并为工程实践服务。 通过水槽模型试验和数值模拟得到了振荡流、非线性波和不规则波作用下底层流动特性。 建立了振荡流和非线性波作用下的泥沙运动数学模型，得到了近岸区波浪运动、悬移质泥沙的分布，非对称沙纹的形成和演化以及近岸区地形演变机理。 3）基于非结构网格系统上的三维水流精细数值模型，采用LES/DES模型，得到了单向流作用下沙纹床面、丁坝以及建筑物附近的流场结构和三维涡动特性和泥沙运动特性。

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4）通过波浪域和多孔介质域共享统一形式的动量方程和连续方程，建立了可考虑流场紊动特性的非线性波浪与多孔介质相互作用的同步耦合数学模型。 5）开发了基于两相流的三维数值波浪水槽，模型采用高精度的自由面追踪格式，分块结构以及多重网格和并行技术，采用k-ε、LES/DES模型，并应用到溃坝、冲泻区流动特性及泥沙运动等研究。

近年来，本研究方向团队完成科研课题30多项，出版专著4部、获得省部级科技进步奖2项，并在在《水利学报》、《岩石力学与工程学报》等刊上发表论文40余篇。 研究方向名称：河湖治理技术与河流水动力过程本研究方向聚焦国际河湖治理科学前沿，注重基础研究。 2）针对不同形式的河道情况，对弯道特别是连续弯道的航道尺度及安全通航开展研究，在连续弯道过渡段长度、弯道加宽取值及安全通航等方面可能取得突破。

颗粒破碎

另外，依托国家自然科学基金项目，对河道水流运动阻力开展较为深入的研究，预期在河道水流综合糙率的计算及糙率不确定性对水流及泥沙运动的影响方面可能取得较为明显的进展。 3）针对河流湖泊地域范围广、水文情势变化复杂、水旱灾害影响频繁的特点，利用高分辨率遥感技术与地理信息技术结合，开展洞庭湖等区域的水资源利用和水旱灾害防治研究，在河湖演变研究的层次、水下地貌单元和时效等方面将有所创新。

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目前在该方向上发表了相关高水平科技论文15余篇，已授权3项，其中发明一项。 2. 主要科研项目刘军简介 男，1969年11月生，河北平泉人，副教授，博士，博士生导师，副所长。 有任何问题请致电13378216660，我们将立即受理。