非浮力水下横向射流对弯道二次环流的调控机制与生态混合效应研究

本文通过大涡模拟（LES）和粒子图像测速（PIV）技术，系统研究了弯道上游非浮力水下射流与二次环流的相互作用机制，揭示了射流动量比（mr）对环流结构重组（如外岸细胞OBC消失、内岸细胞IBC弱化）及污染物混合效率的关键影响，为河流生态保护与污水排放优化提供了理论依据。

　　

Highlight

方法

本研究结合135°弯道水槽的粒子图像测速（PIV）实验与大涡模拟（LES），水槽宽度B=20 cm，中心线曲率半径30 cm，流量690 mL/s，水深h=6 cm，弗劳德数0.075，符合弯道二次环流研究条件（Farhadi et al., 2018）。该流量下的宽深比不常见。

结果

图4通过表面线积分卷积（surface LIC）展示了弯道90°截面的归一化平均流速与平均二次环流。无射流时，LES和PIV均显示中心细胞（CC）和内岸细胞（IBC）（白色圆圈标注）。尽管外岸细胞（OBC）不在PIV视野内，但其对中心细胞形态的影响可见。

讨论

射流的引入引发两大主要变化：部分或全部截面OBC的消失，以及IBC与CC间的环流重组。OBC结果表明，射流的反旋转涡对（CVP）若足够靠近外岸，会破坏OBC形成。此效应局限于外岸，且可能仅受下游位置射流涡旋的空间分布（即射流是否附着外岸）调控。

结论

横向射流的引入显著改变流场：IBC发育被限制在内岸区域（远离射流CVP覆盖区），因此强度减弱且发育延迟；CC在包含CVP的区域发育，相应增强且提前形成；低动量比（m_r）射流完全抑制OBC发育，高m_r射流则使其在弯道更早出现。