1、分汊流是常見的水流運動形態(tài),常出現(xiàn)在天然河流、引水明渠等工程中,受邊界控制,水流結構復雜,河道演變特殊.論文采用理論分析、分汊水槽試驗和數(shù)值模擬等方法對分汊河道的相關問題開展了研究,主要內容如下:(1)提出研究分汊流的意義,指出分汊流運動的復雜性,回顧了分汊流相關研究歷史和現(xiàn)狀,包括河道分流成因的研究、分汊河道水沙運動及演變規(guī)律研究、論述了數(shù)值模型研究進展及在分汊流計算應用現(xiàn)狀.(2)建立分汊河道分流比預測模型,包括:水位差等值法、動量

2、平衡法、等含沙量法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型預測法.水位差等值法利用各支汊水位差相等條件;動量平衡法利用分汊口動量平衡原理;等含沙量法利用分汊河道各汊泥沙濃度相近條件;人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型則是應用人工神經(jīng)網(wǎng)絡的"黑箱子"原理和已有當?shù)胤至髻Y料建立預測模型,各模型均有實例驗證以說明模型的可行性和正確性.(3)通過分汊水槽的分水分沙試驗,提出分汊口區(qū)域的水動力結構和泥沙運動特征.利用多普勒流速儀測定并分析了分汊口的水流結構;進行分汊水槽的分沙比試驗研究

3、,得出了分流比、水槽寬深比、分流角度以及泥沙顆粒對分沙比的影響關系.(4)探討正交網(wǎng)格的生成方法,提出了正交網(wǎng)格的待定函數(shù)生成法和水深權函數(shù)法,其中水深權函數(shù)法可考慮水深的影響,對因水深變化劇烈而導致水流條件復雜區(qū)域網(wǎng)格可局部加密.(5)推導了廣義曲線坐標系下以逆變流速張量作為主變量的二維水動力方程,新方程保持原有結構形式及物理含義,采用水位校正法建立了二維水流數(shù)學模型,經(jīng)實測資料驗證后的模型,模擬并分析了分流角度、寬深比等因素變化對分

4、汊流平面二維水流結構的影響.(6)推導出以逆變流速張量作為主變量的三維水動力方程,方程平面采用廣義曲線坐標,垂向采用伸縮σ坐標,新方程保持原有結構形式和物理意義,采用SIMPLEC法建立了三維水流數(shù)學模型,經(jīng)實測資料驗證后的模型,模擬不同邊界條件下的分汊口水動力結構,得出分汊口底部流場較表層流場復雜,斷面存在橫向環(huán)流;大分汊角范圍內的分汊角度變化對分流面影響較小分汊角范圍內的分汊角度變化敏感;分汊流三維特性隨寬深比的增大而減小,寬深比大