复式断面强弯弯道水流与热扩散数值模拟研究

"复式断面强弯弯道水流结构和热扩散的数值模拟 (2011年)" 本文是自然科学领域的学术论文，作者是杨中华和高伟，发表于2011年5月，隶属于武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室。研究的核心是通过RNG k-ε三维紊流数学模型对180°强弯弯道的水流结构及温度场进行数值模拟，以探究不同断面形状（矩形和复式）对水流特性和热扩散的影响。 首先，研究中采用的RNG k-ε模型是一种广泛应用的三维紊流模型，它能够精确描述流体中的湍流现象，尤其是在处理复杂的边界层流动和旋转流动时表现优异。该模型基于renormalization group方法，可以更好地捕捉小尺度涡旋的动态特性，从而在计算中考虑更全面的流动细节。 在180°强弯弯道中，离心力起着决定性的作用，它主导了主环流（即螺旋流）的形成和方向。这种由离心力驱动的螺旋流在弯道内侧和外侧产生了明显的速度差异，形成了典型的二次流场。二次流是由于弯道内流体受到离心力的影响而产生的非轴对称流动，它对于整个流场的混合和能量分布具有重要影响。 对比分析了矩形断面与复式断面两种结构下的水流和温度场。矩形断面通常在工程中常见，但可能造成水流结构不均，影响热扩散。而复式断面结构，即具有滩槽差异的断面设计，能够促进滩槽之间更大的动量和能量交换。这一特性使得在弯道内的温度分布更加均匀，从而提高了热扩散的效果。这表明，复式断面可能在环境水力学、水利工程或水处理设施中提供更理想的热排放和流态控制方案。 关键词：弯道流强调了研究的场景是在弯曲通道中；温排水是指温度变化对水流的影响；二次流揭示了流体动力学的复杂性；复式断面明渠则指出研究的独特结构设计。这些关键词综合反映了研究的重点和方法。 这篇论文通过数值模拟深入研究了强弯弯道水流结构和热扩散的关系，特别是复式断面如何优化水流特性，促进热能的均匀分布。这项工作对于理解和设计水利工程、水环境治理以及水能利用等方面具有重要的理论和实践价值。