2026年水流与沉积物相互作用的流体力学

第一章水流与沉积物相互作用的流体力学基础第二章水流与沉积物相互作用的室内实验研究第三章水流与沉积物相互作用的数值模拟方法第四章水流与沉积物相互作用的三维观测技术第五章水流与沉积物相互作用的理论模型构建第六章水流与沉积物相互作用的工程应用与展望01第一章水流与沉积物相互作用的流体力学基础第1页概述：水流与沉积物相互作用的科学意义自然地理意义工程应用意义研究内容框架科罗拉多大峡谷的形成过程三峡大坝对长江水沙输移的影响从基础流体力学原理出发，结合沉积物运移理论第2页流体力学基础：水流动力学特性流速剖面图实测数据水流湍流特性分析对数律分布的流速剖面图展示长江实验数据：雷诺数Re=10^5时的流速剖面湍流涡旋结构与纳维-斯托克斯方程第3页沉积物特性：颗粒尺度与物理性质显微照片颗粒形状参数沉积物级配分析不同粒径沉积物的扫描电镜图像球度S对水力粗化现象的影响黄河口实测级配曲线与分选性第4页相互作用机制：水流对沉积物的搬运方式床面起动过程跃移搬运机制底床形态演变规律沙波形成到颗粒跃移的示意图悬浮泥沙垂向分布的观测数据声呐地形测量数据与沙波迁移速度02第二章水流与沉积物相互作用的室内实验研究第5页实验设计：物理模型与相似准则实验装置相似准则应用实验工况设置OpenFOAM平台的水槽实验系统几何比尺、时间比尺和流速比尺的确定不同水流强度下的流态变化案例第6页实验结果：床面形态演变过程床面高程时间序列图观测数据实验验证不同水力梯度下的沙波迁移速度变化长江实验数据：近床面流速梯度与剪切应力模型预测与实测数据对比第7页实验结果：颗粒运动统计特征运动轨迹统计特征实验验证记录时间Δt=0.1s的沙粒运动轨迹图跃移频率与搬运距离的分布模型预测与实测数据对比第8页实验结论：物理模型对自然过程的模拟规律总结模型应用下一步研究水流-沉积物耦合系统的非线性特征水沙耦合系统的参数敏感性多相流模型的GPU加速技术03第三章水流与沉积物相互作用的数值模拟方法第9页数值模型：CFD与Eulerian-Lagrangian混合方法模型原理相似准则模型参数化二维水沙耦合模型DPM-LES的控制方程组几何比尺、时间比尺和流速比尺的确定声速多普勒频移信号的频率补偿算法第10页数值模拟：流场与颗粒运动的耦合求解流场涡旋结构颗粒运动统计模型验证长江实验数据：不同含沙量下的流场涡旋结构颗粒轨迹云图与统计特征分布三维水沙耦合模型的预测精度第11页数值模拟：参数不确定性分析参数敏感性分析贝叶斯优化模型扩展性Sobol指数法与模型预测误差MCMC采样与后验分布图三维模型与二维模型的预测精度对比第12页数值模拟：模型应用与工程案例工程案例三峡水库调度模型验证黄河三角洲海岸演变模拟结果不同下泄流量与含沙浓度的模拟预测模型预测与实测数据对比04第四章水流与沉积物相互作用的三维观测技术第13页观测技术：声学多普勒测速系统（ADCP）测量原理观测数据数据质量控制声学多普勒频移信号的原理与测量方法长江实验数据：流速剖面与剪切应力基于互相关函数的信号质量评估第14页观测技术：光学粒度分析仪（OPA）测量原理观测数据数据质量控制激光散射原理与粒度分布测量长江实验数据：沙粒粒径分布与浓度场基于粒子计数率的信号质量评估第15页观测技术：水下声呐地形测量测量原理观测数据数据质量控制声呐地形测量的原理与测量方法长江实验数据：海底高程与地形变化基于信号信噪比的评估标准第16页观测技术：遥感与无人机观测SAR观测无人机观测数据融合长江口实测沙波形态与相干系数沙波纹理特征与三维空间分布多传感器信息融合技术及其优势05第五章水流与沉积物相互作用的理论模型构建第17页理论模型：Bagnold理论的扩展床面剪切应力公式沙粒搬运通量公式理论扩展Bagnold理论的床面剪切应力公式Bagnold理论的沙粒搬运通量公式考虑湍流黏性μ_t的影响第18页理论模型：Shi的流化床模型大尺度方程小尺度方程耦合条件Shi流化床模型的大尺度方程Shi流化床模型的小尺度方程床面流化条件与剪切应力关系第19页理论模型：流固耦合本构模型连续性方程动量方程流化本构关系流固耦合本构模型的连续性方程流固耦合本构模型的动量方程流化本构关系与剪切应力模型第20页理论模型：多尺度耦合模型大尺度方程小尺度方程耦合条件多尺度耦合模型的大尺度方程多尺度耦合模型的小尺度方程多尺度耦合模型的耦合条件06第六章水流与沉积物相互作用的工程应用与展望第21页工程应用：海岸防护工程流场模拟波浪反射率冲淤变化分析长江口透空式防波堤的流场模拟结果长江口实测波浪反射率与模拟结果透空结构对淤积的影响第22页工程应用：航道整治工程流场模拟淤积体分析冲刷深度长江口丁坝的流场模拟结果丁坝前后的淤积体变化丁坝冲刷深度与模拟结果第23页工程应用：人工岛建设流场模拟冲刷分析淤积体分析长江口围堰的流场模拟