曹 坤，呂 博，邵宇陽

（1.中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，上海200030；2.江蘇省濱?？h水利局，鹽城224500；3.河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院，南京210098）

環(huán)形水槽最佳轉(zhuǎn)速比研究

曹 坤1，呂 博2，邵宇陽3

（1.中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，上海200030；2.江蘇省濱?？h水利局，鹽城224500；3.河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院，南京210098）

環(huán)形水槽常用于模擬一般河流的水流結(jié)構(gòu)，來研究細(xì)顆粒泥沙的起動(dòng)、沉降等問題，長期以來得到廣泛使用。但環(huán)形水槽內(nèi)部存在強(qiáng)烈的不可消除的二次流，通常情況下，可以通過調(diào)節(jié)剪切環(huán)和水槽的轉(zhuǎn)速比來減弱環(huán)形水槽二次流。文章通過對比環(huán)形水槽實(shí)體環(huán)形水槽實(shí)測流速和數(shù)值環(huán)形水槽計(jì)算的結(jié)果，建立環(huán)形水槽數(shù)值環(huán)形水槽。在既定的環(huán)形水槽和試驗(yàn)水深條件下，通過改變上下盤的轉(zhuǎn)速研究了環(huán)形水槽的最佳轉(zhuǎn)速比，文章認(rèn)為傳統(tǒng)的實(shí)體環(huán)形水槽率定最佳轉(zhuǎn)速比的方法存在一定不合理性以及不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康膽?yīng)設(shè)定不同的最佳轉(zhuǎn)速比。

環(huán)形水槽；最佳轉(zhuǎn)速比；水流結(jié)構(gòu)；泥沙

環(huán)形水槽內(nèi)存在顯著的二次流，二次流是指流速方向與環(huán)形水槽切線方向不一致的水流。早期單向環(huán)形水槽的二次流顯著，目前實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的環(huán)形水槽多為雙向的，即剪力環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)水槽本身也轉(zhuǎn)動(dòng)，且方向相反。雙向環(huán)形水槽一定程度上削弱了環(huán)形水槽內(nèi)的二次流，使水流趨于均勻。為了得到既定實(shí)體環(huán)形水槽（簡稱環(huán)形水槽）最佳的水流結(jié)構(gòu)，本文開展環(huán)形水槽最佳轉(zhuǎn)速比研究。

文章將從實(shí)體環(huán)形水槽和數(shù)值環(huán)形水槽兩個(gè)方面對環(huán)形水槽最佳轉(zhuǎn)速比進(jìn)行討論。

1 研究方法

1.1 實(shí)體環(huán)形水槽實(shí)驗(yàn)法

實(shí)體環(huán)形水槽的最佳轉(zhuǎn)速比是通過示蹤沙的運(yùn)動(dòng)軌跡來判斷的，當(dāng)只轉(zhuǎn)動(dòng)剪切環(huán)時(shí)，示蹤沙將受到水流力，將聚集在環(huán)形水槽的內(nèi)壁附近；當(dāng)只轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)形水槽時(shí)；示蹤沙將聚集在環(huán)形水槽的外壁附近。當(dāng)環(huán)形水槽與剪切環(huán)兩者同時(shí)沿著相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并且兩者的相對轉(zhuǎn)速合適時(shí)，示蹤沙將維持在環(huán)形水槽底部的中間，認(rèn)為此條件下的環(huán)形水槽轉(zhuǎn)速比為最佳轉(zhuǎn)速比［1］。

示蹤沙穩(wěn)定在環(huán)形水槽底部做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到重力、浮力、水流沖擊力、環(huán)形水槽底部的支撐力，它們的合力提供了示蹤沙顆粒沿環(huán)形水槽中線做圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力。

從受力平衡上講，水流對示蹤沙的作用力指向轉(zhuǎn)動(dòng)中心，這與轉(zhuǎn)動(dòng)剪切環(huán)時(shí)水流對示蹤沙的沖擊力在徑向上的分力是同向的，而只轉(zhuǎn)動(dòng)水槽時(shí)，示蹤沙聚集在環(huán)形水槽外壁處，所以可以推斷出示蹤沙顆粒受到水流徑向沖擊力主要來自剪切環(huán)帶動(dòng)水體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的那部分水流運(yùn)動(dòng)。Booij等［2］進(jìn)行了大量的環(huán)形水槽實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)即使嚴(yán)格控制上剪力環(huán)與水槽之間的轉(zhuǎn)速比，斷面二次流也無法完全消除。

1.2 數(shù)值環(huán)形水槽的判別標(biāo)準(zhǔn)

Mehta和Partheniades［3］于1973年提出了雙向環(huán)形水槽來減小二次流效應(yīng)，通過調(diào)節(jié)剪切環(huán)與水槽的轉(zhuǎn)速比，達(dá)到削弱二次流，使底部剪切應(yīng)力分布均勻的目的。

環(huán)形水槽斷面二次流分布不僅僅取決于上剪力環(huán)與水槽的轉(zhuǎn)速比，還與環(huán)形水槽本身的尺寸有密切關(guān)系：環(huán)形水槽的半徑越大，寬度越小，水槽中的二次流越小，底部剪切應(yīng)力分布越均勻。另外，水槽寬度與水深的比值對于斷面二次流和底部剪切應(yīng)力分布同樣有很大的影響，對環(huán)形水槽的最佳轉(zhuǎn)速比同樣有影響。

基于河海大學(xué)環(huán)形水槽，使用Fluent軟件建立環(huán)形水槽數(shù)值環(huán)形水槽，在保證剪力環(huán)和水槽相對轉(zhuǎn)速為10 rpm的情況，進(jìn)行多組模擬，并根據(jù)二次流動(dòng)能法、湍流動(dòng)能比法、湍流速度比法、斷面二次流最小法以及底部切應(yīng)力均勻程度法五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算了最佳轉(zhuǎn)速比。

2 環(huán)形水槽試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)材料

Metha［4］在其實(shí)驗(yàn)中選用直徑約為0.95 cm，密度為1.04 g/cm3的示蹤沙，用于研究最佳轉(zhuǎn)速比，由于示蹤沙的密度和水體的密度較為接近，極易受到水流的影響，對二次流敏感度很高。

河海大學(xué)環(huán)形水槽中所使用的示蹤沙為MgCl2顆粒，粒徑為4～5 mm，密度約為1.4 g/cm3，顏色為褐色，在清水中顏色明顯。河海大學(xué)環(huán)形水槽尺寸為：2.8 m（外徑）×2.4 m（內(nèi)徑）×0.5 m（槽高），實(shí)驗(yàn)水深20 cm。

2.2 轉(zhuǎn)速率定

在環(huán)形水槽試驗(yàn)開始前，使用轉(zhuǎn)速率定義對環(huán)形水槽剪切環(huán)和水槽本身的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和電子顯示屏讀數(shù)進(jìn)行率定。從表2可以看出，電子顯示屏讀數(shù)與剪切環(huán)轉(zhuǎn)速、水槽轉(zhuǎn)速之間的線性關(guān)系良好，可以認(rèn)為試驗(yàn)中實(shí)體環(huán)形水槽運(yùn)行正常。

2.3 實(shí)體環(huán)形水槽最佳轉(zhuǎn)速比

通過多級(jí)試驗(yàn)得到的剪切環(huán)與水槽的最佳轉(zhuǎn)速比情況如表1所示，最佳轉(zhuǎn)速比平均值約為2.68。

表1 環(huán)形水槽轉(zhuǎn)速率定表Tab.1 Calibration sheet of annular flume

說明：水槽和剪切環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度由電機(jī)控制，實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)速度由實(shí)測獲得。

3 數(shù)值環(huán)形水槽研究

3.1 數(shù)值環(huán)形水槽模型建立

環(huán)形水槽數(shù)值建模根據(jù)河海大學(xué)（2012年建）環(huán)形水槽尺寸，參考實(shí)際運(yùn)行時(shí)環(huán)形水槽水深（20 cm），剪切環(huán)在水槽中間，距離水槽的內(nèi)壁和外壁有約0.5 cm的間隔，這樣可以避免環(huán)形水槽在運(yùn)行時(shí)剪切環(huán)與水槽的摩擦，又能保證與水體充分接觸。

表2 環(huán)形水槽轉(zhuǎn)速比Tab.2 Rotating ratio of annular flume rpm

圖1 垂線流速驗(yàn)證Fig.1 Vertical velocity verification

圖2 切應(yīng)力驗(yàn)證［5］Fig.2 Shear stress verification

FLUENT計(jì)算環(huán)形水槽流場時(shí)，考慮到近壁面粘性效應(yīng)對流場有著重要的影響，特別是環(huán)形水槽中靠近壁面附近存在較大的流速梯度，需要提高壁面附近的網(wǎng)格精度，因此壁面附近設(shè)置（垂直方向）邊界層網(wǎng)格。在Gambit中創(chuàng)建邊界層網(wǎng)格，設(shè)置第一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)到邊界的距離為0.004 cm，網(wǎng)格比例因子（垂直邊界方向）為1.2，網(wǎng)格層數(shù)為5，則邊界層網(wǎng)格總厚度約為0.03 cm。

模型選用RNGk-ε模型，其中粘滯系數(shù)設(shè)為0.001 003 kg/m·s。切應(yīng)力邊界條件設(shè)置為無滑移條件，床面粗糙度采用默認(rèn)設(shè)置值，Ks（Roughness Height）=0 mm，Cs（Roughness Constant）為0.5 mm。

3.2 數(shù)值環(huán)形水槽模型驗(yàn)證

實(shí)測結(jié)果（圖1和圖2）表明數(shù)模結(jié)果與環(huán)形水槽實(shí)測數(shù)據(jù)（中線切線流速與底部切應(yīng)力）吻合較好，其中圖1實(shí)測流速是轉(zhuǎn)機(jī)顯示速度為剪切環(huán)200（3.86 rad/s），水槽124（1.42 rad/s）；而圖2的實(shí)測數(shù)據(jù)摘取自參考文獻(xiàn)，并建立相同尺寸的數(shù)值環(huán)形水槽模擬得到。

3.3 數(shù)值環(huán)形水槽計(jì)算結(jié)果

3.3.1 二次流動(dòng)能法

Petersen和Krishnappan［6］在環(huán)形水槽內(nèi)進(jìn)行泥沙侵蝕和沉降實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)為二次流的存在和底部切應(yīng)力的分布對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有重要影響。為求最佳轉(zhuǎn)速比，使得二次流最小，在保持轉(zhuǎn)速差為10 rpm的情況下，定義二次流動(dòng)能（The Specific Kinetic Energy in the Circulation）。

式中：Eke為二次流動(dòng)能；A為水槽橫斷面面積；v為橫向速度分量；w為垂向速度分量。

在保持上下盤相對轉(zhuǎn)動(dòng)速度恒定的情況下，改變上下盤的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，當(dāng)二次流動(dòng)能最小時(shí)，認(rèn)為環(huán)形水槽轉(zhuǎn)速比達(dá)到最佳轉(zhuǎn)速比。從一定意義上講，二次流動(dòng)能最小意味著環(huán)形水槽“浪費(fèi)”掉的能量最小，因?yàn)檫@部分能量對泥沙沿環(huán)形水槽中心線方向上的沉積、沖刷無作用。結(jié)果表明二次流動(dòng)能作為判別最佳轉(zhuǎn)速比標(biāo)準(zhǔn)得到的結(jié)果為1.70，模擬結(jié)果見圖3。

圖3 二次流動(dòng)能圖Fig.3 Specific kinetic energy in the circulation

圖4 二次流動(dòng)能比Fig.4 Ratio of secondary flow to circumferential flow

圖5 二次流速度比Fig.5 Ratio of secondary flow to circumferential flow

圖6 斷面最小二次流Fig.6 Minimum secondary flow

然而，改變環(huán)形水槽轉(zhuǎn)動(dòng)速度的同時(shí)，通過摩擦傳遞給水體的能量總數(shù)發(fā)生了變化，因此所以二次流動(dòng)能法是無法反映“浪費(fèi)”掉的這部分能量占總能量的比重是多大的。

3.3.2 湍流動(dòng)能比法

由于二次流動(dòng)能法無法反應(yīng)二次流動(dòng)能占總能量（或者總能量去除二次流能量）的比例，Yang等［7］提出了湍流動(dòng)能比的概念（Ratio of the Secondary Flow to Circumferential Flow），它不需要得到二次流能量的絕對大小，而是計(jì)算二次流與主流能量的比值。湍流動(dòng)能比越小，二次流能量占總能量的比

例就越低，越多的能量用于實(shí)驗(yàn)?zāi)嗌车钠饎?dòng)與沉降。湍流動(dòng)能比定義為

表達(dá)式中各物理量意義同公式（5）。

從二次流動(dòng)能比法對應(yīng)的圖4可以發(fā)現(xiàn)，隨著剪切環(huán)與水槽轉(zhuǎn)動(dòng)速度比值的變大而增加，趨勢明顯，無法給出合理的最佳轉(zhuǎn)速比的值。

3.3.3 湍流速度比法

前兩種方法（二次流能量、湍流動(dòng)能比）都是從能量的角度去判斷環(huán)形水槽轉(zhuǎn)速比是否為最佳轉(zhuǎn)速比，并沒有從二次流本身進(jìn)行分析，而環(huán)形水槽剪切環(huán)與水槽同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的目的就在于消除環(huán)形水槽斷面的二次流。因此，湍流流速比法判斷最佳轉(zhuǎn)速更加直接。

由于隨著環(huán)形水槽轉(zhuǎn)動(dòng)速度的增加，環(huán)形水槽斷面的流速都在增加，二次流也在增加，因此，直接針對環(huán)形水槽內(nèi)的二次流絕對大小進(jìn)行處理是不合適的，所以定義環(huán)形水槽的湍流速度比，消除環(huán)形水槽轉(zhuǎn)動(dòng)速度不同造成的絕對值大小差異。

湍流速度比可定義為

式中：u為切向速度分量；v橫向速度分量；w垂向速度分量。

從表達(dá)式可以看出，環(huán)形水槽二次流的絕對值越小，也就是湍流速度比越小時(shí)，流速就越均勻。湍流動(dòng)能比直觀地反應(yīng)出流場二次流與環(huán)向流（主流）強(qiáng)度大小的比值。二次流速度比得到的結(jié)果大約為1.94，模擬結(jié)果見圖5。

3.3.4 斷面二次流最小法

湍流動(dòng)能比方法避免了環(huán)形水槽剪切環(huán)、水槽同時(shí)增加轉(zhuǎn)動(dòng)而給最佳轉(zhuǎn)速比判斷帶來的不便。當(dāng)環(huán)形水槽上剪力環(huán)與水槽的轉(zhuǎn)速差保持一定時(shí)，通過調(diào)整剪切環(huán)與水槽的各自的轉(zhuǎn)速，當(dāng)環(huán)形水槽的斷面二次流最小時(shí)，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速比視為最佳轉(zhuǎn)速比。

二次流大小定義為

式中各個(gè)量的意義同前。

最大二次流得到的結(jié)果（圖6）與二次流流速比的結(jié)論一致，約為1.94，小于Rooij［8］的研究結(jié)果2.17，其實(shí)驗(yàn)室實(shí)體環(huán)形水槽尺寸與本文實(shí)體環(huán)形水槽尺寸不一致。

3.3.5 底部切應(yīng)力均勻程度法

環(huán)形水槽是研究細(xì)顆粒泥沙的重要工具，底部切應(yīng)力是判別泥沙是否起動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)之一；在環(huán)形水槽內(nèi)，底部切應(yīng)力沿環(huán)形水槽徑向分布越均勻，說明泥沙的沖刷（起動(dòng)）越均勻。因此，要研究泥沙的起動(dòng)問題時(shí)，盡量保證環(huán)形水槽底部切應(yīng)力沿徑向上的分布均勻。

圖7 底部切應(yīng)力均勻（方差）Fig.7 Variance of bottom shear stress

表3 數(shù)值環(huán)形水槽下環(huán)形水槽最佳轉(zhuǎn)速比Tab.3 Best rotating ratio of annular flume of numerical model

圖8 轉(zhuǎn)速比1.27的斷面圖Fig.8 Sectional view（Ratio=1.27）

圖9 轉(zhuǎn)速比1.94的斷面圖Fig.9 Sectional view（Ratio=1.94）

根據(jù)環(huán)形水槽底部切應(yīng)力散點(diǎn)值方差確定環(huán)形水槽的最佳轉(zhuǎn)速比，環(huán)形水槽底部切應(yīng)力沿徑向分布越均勻越好，即方差最小對應(yīng)轉(zhuǎn)速比為最佳轉(zhuǎn)速比。底部切應(yīng)力最均勻法得到的最佳轉(zhuǎn)速比為1.27（圖7）。這一結(jié)果與B.Gharabaghi等［9］的研究（1.17）接近。

3.3.6 最佳轉(zhuǎn)速比的選擇

通過前文的分析，得知在不同尺寸的環(huán)形水槽或不同的判別標(biāo)準(zhǔn)下得到不同的最佳轉(zhuǎn)速比，在既定的環(huán)形水槽且水深條件不變的情況下，本文研究得到了環(huán)形水槽最佳轉(zhuǎn)速比結(jié)果如表3。

可以看出湍流動(dòng)能比法無法得出最佳轉(zhuǎn)速比，而湍流速度比和最小二次流法作為從流速角度出發(fā)的判別標(biāo)準(zhǔn)，得到了相同的最佳轉(zhuǎn)速比1.94，從能量角度出發(fā)的二次流動(dòng)能法得到的最佳轉(zhuǎn)速比為1.70，而切應(yīng)力均勻程度法得到的最佳轉(zhuǎn)速比為1.27，比其他判別標(biāo)準(zhǔn)得到的值都小。

不同的轉(zhuǎn)速比條件下，環(huán)形水槽水流結(jié)構(gòu)也有較大差異。由環(huán)形水槽數(shù)值環(huán)形水槽的流速斷面圖可以看出，轉(zhuǎn)速比為1.27時(shí)（圖8），斷面內(nèi)只有一個(gè)回轉(zhuǎn)窩，而轉(zhuǎn)速比為1.70和1.94時(shí)，斷面內(nèi)有兩個(gè)回轉(zhuǎn)窩。三種轉(zhuǎn)速比下，環(huán)形水槽底部流速流向?yàn)橄蛲?。若此時(shí)水槽中間存在泥沙，泥沙受到的水流力也將是向外的（圖9和圖10），與圓周運(yùn)動(dòng)的離心力同向，均為向外，泥沙將無法維持在環(huán)形水槽中間做圓周運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步說明了實(shí)體環(huán)形水槽和數(shù)值環(huán)形水槽存在的差異。

通過以上三個(gè)斷面圖可以看出，最佳轉(zhuǎn)速比情況下環(huán)形水槽斷面的二次流也是存在的，可以斷定在任意轉(zhuǎn)速比條件下，環(huán)形水槽都發(fā)生二次流，與前人的研究成果一致。對環(huán)形水槽最佳轉(zhuǎn)速比的研究成果可以表現(xiàn)在二次流的形態(tài)以及其與主流的相對關(guān)系上。

從二次流斷面圖可以看出轉(zhuǎn)速比為1.94和1.70時(shí)，在忽略頂部水流作用（對泥沙沉降影響不大）的情況下細(xì)顆粒泥沙沉降過程中首先受到向內(nèi)的水流再受到向外的水流作用，而轉(zhuǎn)速比為1.27時(shí)，水流對泥沙沉降落位的助力是向外的，故此情況下泥沙沉降將更多地積聚在外側(cè)，而從圖8至圖10可以看出底部向外的水流速度最大，可以預(yù)測底部中間區(qū)域泥沙將被沖擊向外，底部中間區(qū)域泥沙厚度將較薄。

圖10 轉(zhuǎn)速比1.70的斷面圖Fig.10 Sectional view（Ratio=1.70）

4 結(jié)論

實(shí)體環(huán)形水槽得到的最佳轉(zhuǎn)速比與數(shù)值環(huán)形水槽判別標(biāo)準(zhǔn)下得到的最佳轉(zhuǎn)速比相差較大；數(shù)值環(huán)形水槽以不同的判別標(biāo)準(zhǔn)研究得到的最佳轉(zhuǎn)速比也不同。通過對環(huán)形水槽實(shí)體環(huán)形水槽和數(shù)值環(huán)形水槽分析，本文得到如下結(jié)論：

（1）實(shí)體環(huán)形水槽下的最佳轉(zhuǎn)速比是依據(jù)示蹤沙的運(yùn)動(dòng)軌跡判斷得到，示蹤沙穩(wěn)定在環(huán)形水槽中間運(yùn)動(dòng)就已經(jīng)表明了環(huán)形水槽存在一定的二次流，且隨著示蹤沙對地速度越快，離心力越大，二次流越大。對于示蹤沙而言，這個(gè)二次流是很必要的，因?yàn)槭聚櫳骋挚箞A周運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的離心力，而離心力只能由水流提供，故而水流流向?yàn)橄騼?nèi)，否則示蹤沙將聚集在環(huán)形水槽的外壁。但由于示蹤沙的顆粒較大，表觀密度較大，而絮凝體密度與鹽水的密度接近，斷面二次流將帶著絮凝體做螺旋線運(yùn)動(dòng)，這與實(shí)際河口水流結(jié)構(gòu)差異較大，是不合適的。因此，前人利用示蹤沙判別最佳轉(zhuǎn)速比的方法是存在一定問題的，是受到了當(dāng)時(shí)觀測手段的限制。而現(xiàn)在隨著計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的發(fā)展，使用更加科學(xué)先進(jìn)的方法得到的數(shù)值結(jié)果有著更加明確的物理意義，所以數(shù)值環(huán)形水槽得到的最佳轉(zhuǎn)速比比實(shí)體環(huán)形水槽下的最佳轉(zhuǎn)速比更有指導(dǎo)意義。

（2）不同的最佳轉(zhuǎn)速比判別標(biāo)準(zhǔn)從不同角度描述環(huán)形水槽的水流結(jié)構(gòu)，因此不同判別標(biāo)準(zhǔn)下得到的最佳轉(zhuǎn)速比可能存在較大差異。底部切應(yīng)力是泥沙的起動(dòng)的關(guān)鍵因素，因此切應(yīng)力平均法可以用來研究細(xì)顆粒泥沙的起動(dòng)、河床的沖刷等問題；而二次流對泥沙的沉降落淤有著重要影響，可以用來研究泥沙落淤問題。

（3）對于既定的問題，在使用環(huán)形水槽進(jìn)行實(shí)體環(huán)形水槽實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)該根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康慕h(huán)形水槽數(shù)值環(huán)形水槽，計(jì)算最佳轉(zhuǎn)速比，以指導(dǎo)實(shí)體環(huán)形水槽中剪切環(huán)和水槽的轉(zhuǎn)速設(shè)定。

（4）本文利用環(huán)形水槽數(shù)值環(huán)形水槽對最佳轉(zhuǎn)速比問題開展研究，探討了多種標(biāo)準(zhǔn)下的最佳轉(zhuǎn)速比，并進(jìn)行了對比分析。本文研究成果可作為今后進(jìn)一步開展利用環(huán)形水槽開展實(shí)驗(yàn)對泥沙特性進(jìn)行研究的前提基礎(chǔ)，為設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)，開展有關(guān)泥沙起動(dòng)及沉降研究工作提供了參考，而實(shí)體環(huán)形水槽實(shí)驗(yàn)也將會(huì)進(jìn)一步驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型的結(jié)果是否合理，目前這部分工作有待進(jìn)一步研究。

［1］Partheniades E，Kennedy J F，Etter R J，et al.Investigations of the Depositional Beahivor of Fine Cohesive Sediments in an Annular Rotating Channel［R］.Cambridge：Massachusetts Institute of Technology，1966.

［2］Booij R，Uijttewaal S J.Modeling of the flow in rotating annular flumes［J］.Engineering Turbulence Modeling and Experiments，1999（30）：339-348.

［3］Metha A J.Depositional behavior of cohesive sediments［D］.Florida：University of Florida，1973.

［4］Krishnappan B G.Rotating circular flume［J］.Journal of Hydraulic Engineering，1993，119（6）：758-767.

［5］Mehta，Ashish Jayant，Emmanuel Partheniades.Depositional behavior of cohesive sediments［R］.Florida：Coastal and Oceanographic Engineering Laboratory，1973.

［6］Petersen O，Krishnappan B G.Measurement and analysis of flow characteristics in a rotating circular flume［J］.Journal of Hydraulic Engineering，1994，32：483-494.

［7］Yang Zhao qing，António Baptista，Jeffrey Darland.Numerical modeling of flow characteristics in a rotating annular flume［J］.Dynamics of atmospheres and oceans，2000，31：271-294.

［8］Booij R.Measurements of the flow field in a rotating annular flume［R］.Netherlands：Delft University of Technology，1994.

［9］Gharabaghi B.Flow Characteristics in a Rotating Circular Flume［J］.Open Civil Engineering Journal，2007，1（1）：30-36.

Study on best rotating ratio of annular flume

CAO Kun1，LV Bo2，SHAO Yu-yang3
（1.CCCC Third Harbor Consultants Co.，Ltd.，Shanghai 200030，China；2.Bureau of Water Conservancy of Binhai Municipality，Yancheng 224500，China；3.College of Harbor，Coastal and Offshore Engineering，Hohai University，Nanjing 210098，China）

Annular flume，which has been used for simulating flow structure，especially the start and settlement of fine sediments，has been widely used.There is strong secondary flow in annular flume，which cannot be eliminated but could be weakened by adjusting the ratio between the speed of the ring and the flume.By comparing the speed of the physical model and the numerical model，the numerical model of annular flume was built.For the specific annular flume，keeping the water depth，changing the speed of the ring and the flume，conclusions have been achieved that traditional method of best ratio for annular flume is not appropriate，and different best ratio should be selected for different purpose.

annular flume；best rotating ratio；flow structure；sediments

TV 139.2；O242.1

A

1005-8443（2016）05-0484-06

2015-11-16；

2016-01-21

國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（51339005）；國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（51409081）

曹坤（1987-），男，江蘇省人，助理工程師，主要從事河口海岸水動(dòng)力學(xué)方面研究。

Biography：CAO Kun（1987-），male，assistant engineer.