振荡流作用下的推移质输沙规律研究

摘要

对于振荡流来说，以波浪、潮流最为典型，其作用下的泥沙运动是海岸泥沙问题中极为重要和引人关注的问题。从理论角度对泥沙群体颗粒的运动特性进行研究，通过确定泥沙颗粒起动时的临界剪应力，得到起动时的动力条件，这样将会摆脱经验因素的影响，使泥沙研究真正从根本上走上严格的理论探索之路。
　　 海岸泥沙的起动和输运、波浪传播过程中的衰减以及海岸建筑物的底部冲刷都与波浪底床剪应力有紧密的关系。波浪底部的边界层则是水流与泥沙相互作用的主要发生区域，由于边界层内流动的复杂多样性，导致该区域内的流场分布、紊动粘滞系数、底摩阻系数、床面剪切力以及泥沙运动理论还不成熟。因此深入研究波浪边界层及其作用下的泥沙运动特性的问题，对于深入陆海相互作用相关科学问题的研究，推动海岸动力学的发展，满足海洋工程建设的需求，具有重要的科学意义和工程价值。
　　 本文主要工作是对振荡流下的推移质泥沙运动进行一定的理论方面的推导：
　　 1、研究振荡流(波浪)边界层内流场的分布情况。
　　 由于近岸波浪作用下边界层多数属于紊流边界层，因此解决紊流边界层问题尤为重要。本文通过对流体运动方程的分析化简得出波浪边界层内的雷诺方程。紊流边界层要比层流边界层复杂的多，主要是由于紊动粘滞系数难以确定，本文通过采取一种新的假定对紊动粘滞系数进行计算，得出一个较合理的紊流边界层内流场的分布情况。
　　 2、研究振荡流(波浪)作用下近岸海底的推移质输沙情况。
　　 鉴于波浪瞬时作用下泥沙颗粒起动前的受力与单向流具有相似性，将单向流下的受力模型推广到波浪情况下进行分析。本文除考虑拖曳力、上举力和水下重力外，还考虑了由于颗粒之间的相互影响即离散力的影响，并应用波浪作用下紊流边界层内的流速推导出了接触型推移质群体泥沙运动方程。
　　 根据波浪作用下的推移质群体泥沙运动方程可以看出推移质运动具有明显的非线性特性，对非线性动力学特性进行分析得到了考虑离散力时泥沙起动的希尔兹(Shields)曲线及一般形式的推移质输沙公式。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1本文研究的目的和意义

1.2相关研究工作综述

1.2.1振荡流及边界层的相关研究

1.2.2推移质输沙的相关研究

1.3本文研究内容

第二章振荡流的理论模式

2.1基本方程

2.2量级分析

2.3边界层流速

2.3.1 Kajiura假定下求解

2.3.2本文假定下的求解

2.3.3本文假定中α值的确定

第三章振荡流(波浪)作用下推移质输沙的基本模式

3.1引言

3.2接触型推移质泥沙受力模型

3.3接触型推移质运动的动力学方程

3.3.1接触型推移质单颗粒泥沙运动的方程

3.3.2接触型推移质群体泥沙运动的方程

第四章振荡流(波浪)作用下推移质运动过程的非线性动力学特性

4.1散体海床面临界运动分析及泥沙起动希尔兹(Shields)曲线的确定

4.2散体海床面动力系统的不动点讨论及平衡情况下推移质运动特性分析

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

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致谢