含刚性沉水植物水槽二维流场的数值模拟研究

丁 雪，吉庆丰，朱宇泽

(扬州大学 水利与能源动力工程学院， 江苏 扬州 225009)

含植物渠道的水流特性除了受到渠道材料和渠底坡降的影响，还受到渠道中植物阻水作用的影响[1]。水生植物的存在不仅可以起到净化水质的作用，同时还有利于水土保持。但是水生植物的存在也影响了渠道的输水能力，减小了水流的平均流速，增加了水头损失，导致泥沙淤积。因此，有必要去研究植物对水流结构的影响。越来越多的科技工作者关注这一基础研究，相关研究可以不断完善河道行洪能力的计算方法，为行洪河道工程和河流生态修复工程的规划、设计和管理提供科学依据[2]。

宿晓辉等[3]建立了浅水问题的大涡模拟紊流运动k～lLES模型，采用由二维深度平均方程演化而来的2D泊松方程计算三维自由表面，对每棵植物的几何形状进行了精细模拟，将植物按其轮廓概化处理，分析了水流紊流运动机理。台湾学者Hsieh Ping Cheng等[4]在计算二维淹没柔性植物水流纵向流速时，首先将多孔介质理论引入到柔性植物水流研究中。黄本胜等[5]采用RNGk-ε双方程模型，利用多孔介质模型模拟了二维水葫芦河道，采用VOF方法捕捉自由表面，计算了水面壅高值和各断面沿垂线流速分布。朱兰燕[6]采用k-ε双方程紊流模型，建立了刚性植被作用下渠道水流的三维模型，对植物进行概化处理，在自由表面边界采用“刚盖假定”，数值模拟了淹没植被作用下的顺直渠道水流运动和不同植被布置形式下的弯道水流形态，分析了纵向流速、雷诺应力和紊动强度的分布。……