[發(fā)明專利]一種平面渦旋水流作用下河床沖淤的計(jì)算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111161505.2
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113807035B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 假冬冬;高文廉;高駿;郝由之;楊俊;吳磊;倉濯纓;陳長英;張紅梅;王興剛;張幸農(nóng);應(yīng)強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 水利部交通運(yùn)輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院;中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

1.一種平面渦旋水流作用下河床沖淤的計(jì)算方法，其特征在于，包括：

步驟1、收集需計(jì)算平面渦旋水流作用下河床沖淤的河道基礎(chǔ)資料；

步驟2、根據(jù)步驟1的河道基礎(chǔ)資料，依據(jù)河流模擬理論，建立平面二維或三維水流泥沙運(yùn)動數(shù)學(xué)模型；

步驟3、依據(jù)步驟1的河道基礎(chǔ)資料，根據(jù)步驟2的平面二維或三維水流泥沙運(yùn)動數(shù)學(xué)模型，計(jì)算河道水流流速分布、水深、平面渦旋水流結(jié)構(gòu)以及泥沙輸移信息；

步驟4、根據(jù)步驟3的計(jì)算結(jié)果，依據(jù)渦旋作用下泥沙運(yùn)動受力分析和動力機(jī)理，以及流體力學(xué)運(yùn)動理論，引入平面渦旋水流作用下的上升力以及對應(yīng)的等效重力加速度系數(shù)，計(jì)算平面渦旋水流作用下泥沙的有效重力加速度；

步驟5、根據(jù)步驟4的平面渦旋水流作用下泥沙的有效重力加速度，依據(jù)泥沙沉降理論，修正計(jì)算平面渦旋水流作用下泥沙的沉降速度；

步驟6、根據(jù)步驟4的平面渦旋水流作用下泥沙的有效重力加速度以及步驟5修正計(jì)算得到的沉降速度，依據(jù)泥沙輸沙能力理論，修正計(jì)算平面渦旋水流作用下泥沙輸沙能力；

步驟7、根據(jù)步驟5修正計(jì)算得到的沉降速度和步驟6修改計(jì)算得到的泥沙輸沙能力，依據(jù)河床沖淤變形理論，計(jì)算獲得平面渦旋水流作用下河床沖淤值；

步驟4所述計(jì)算平面渦旋水流作用下泥沙的有效重力加速度，公式為：

式中：g_渦旋為平面渦旋水流作用下的泥沙有效重力加速度；g為正常重力加速度；為平面渦旋水流作用上升力對應(yīng)的等效重力加速度系數(shù)，u_ω為渦旋速度，λ為率定參數(shù)；

步驟5所述修正計(jì)算平面渦旋水流作用下泥沙的沉降速度，公式為：

式中：ω_渦旋平面渦旋水流作用下泥沙沉降速度；k為平面渦旋水流區(qū)泥沙沉降率定系數(shù)；γ_s為泥沙實(shí)測容重；γ為水體實(shí)測容重；g_渦旋為平面渦旋水流作用下的泥沙有效重力加速度；D為實(shí)測泥沙粒徑；

步驟6所述修正計(jì)算平面渦旋水流作用下泥沙輸沙能力，公式為：

式中：S^*_渦旋為平面渦旋水流作用下泥沙輸沙能力；K為平面渦旋水流區(qū)泥沙輸沙能力率定系數(shù)；u為水流流速；g_渦旋為平面渦旋水流作用下的泥沙有效重力加速度；h為平面渦旋水流區(qū)水深；ω_渦旋平面渦旋水流作用下泥沙沉降速度；

步驟7所述計(jì)算獲得平面渦旋水流作用下河床沖淤值，公式為：

式中：ΔZ_渦旋為平面渦旋水流作用下河床沖淤值；ρ_b為實(shí)測河床泥沙干容重；ω_渦旋平面渦旋水流作用下泥沙沉降速度；S為數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到的平面渦旋水流區(qū)泥沙含量；S^*_渦旋為平面渦旋水流作用下泥沙輸沙能力；Δt為計(jì)算時間長度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平面渦旋水流作用下河床沖淤的計(jì)算方法，其特征在于，步驟1所述河道基礎(chǔ)資料包括河道地形資料和水文資料；

所述水文資料包括流量、水位、來沙量過程資料。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種平面渦旋水流作用下河床沖淤的計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟2，根據(jù)河道地形資料，依據(jù)河流模擬理論，基于各向異性紊流模式，建立平面二維或三維水流泥沙運(yùn)動數(shù)學(xué)模型。