水底隆起地形上的两层流内部水跃解

摘要

自然界和工程实际中广泛存在着流体的密度分层现象.分层流体在一定的地形或边界条件诱导下,可于密度跃层处形成一种类似于明渠水跃的"内部水跃"现象.在河口地区,内部水跃造成的局部水体强掺混对悬浮泥沙的沉积、污染物的弥散有重要影响.本研究运用理论分析的方法研究了水底隆起地形上定常两层流的水力特性,并用图示法描绘了多种流态对应的参数条件,并初步探索了层间剪切流速对两层流流态的影响.结果表明,无论剪切流速是否为零,均可能存在一个"多重解"区域,即在给定入流弗洛德数及地形参数的条件下同时存在一个超临界流解和若干个水跃解的情形.随着剪切流速的增大,"多重解"区域的面积有所扩大.该研究表明该"多重解"现象可能广泛存在于多种两层流环境下.未来研究将着眼于如何实现多重流态之间的相互转化,从而进一步探索内部水跃的形成机理.