对急转弯处受保护桥墩附近涡度及次级流强度的研究

《Scientific Reports》：Investigation of vorticity and secondary flow strength near the protected bridge pier in a sharp bend

　　

摘要

沿弯曲路径的流动动力学的一个显著特点是次级流的存在，这为该区域的流动行为增加了一定的复杂性。本研究旨在探讨一个中心角度为180o的弯曲渠道内的流动特性，该渠道包含一个带有领圈的椭圆形桥墩。为了收集平衡床层中的速度数据，使用了三维Vectrino速度计。研究结果表明，峰值切向速度出现在凸岸附近和水面处，这表明该区域的压力梯度有所增加。在研究厚度为12毫米的领圈时，观察到在弯曲的84o位置处逆时针方向的涡度最大。此外，在研究厚度为3毫米的领圈时，峰值次级流强度出现在弯曲的70o位置。值得注意的是，将领圈厚度从0.06b增加到0.24b后，峰值次级流强度降低了约30%，表明曲率效应和桥墩引起的次级环流显著减弱。在两次实验中，次级流强度在70o到80o之间有所下降，之后又有所增加。这些发现为优化桥墩周围急弯处的领圈设计提供了实际指导，以减轻流动带来的风险。