异重流是自然环境和工程实践中常见的重要流动现象。异重流的传播演变及动力学特性研究一直是河口与海洋相关领域的重点和热点之一。近年来，以《近岸海域环境功能区管理办法》等相关政策的印发为标志，伴随异重流传播过程的泥沙和污染物输移引起了管理人员、科研工作者及工程规划师的关注。本书立足于近岸及海洋环境的现实问题与长远挑战，聚焦异重流的动力学机制和实践基础，详尽地介绍了异重流**的水槽实验技术、理论分析与高精度数值模拟研究方法，阐明了异重流在均匀和层结水体环境中与障碍物和植被群等相互作用下的传播演变、掺混卷吸、能量耗散及泥沙输移沉积特性，从新的视角揭示了河口泥沙异重流长距离输移机制。
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目录
绪论 1
1 研究意义和背景 1
2 国内外研究进展 4
（1）现场观测 4
（2）水槽实验 6
（3）数值模拟 13
（4）现有研究的不足 18
3 本书解决的科学问题 19
参考文献 19
上篇 水槽实验与理论
第1章 实验装置及测量技术 31
1.1 异重流发生装置 31
1.2 层结水体生成装置 34
1.3 温盐测量装置 36
1.4 PIV系统与技术原理 37
1.4.1 自相关性计算 37
1.4.2 向量有效性检验 39
第2章 异重流运动的不确定性分析 40
2.1 实验工况和参数 40
2.2 异重流平面形态不确定性分析 41
2.2.1 异重流三维平面形态 41
2.2.2 边壁摩擦对异重流平面形态的影响 43
2.3 异重流运动过程不确定性分析 44
2.3.1 异重流头部主要参数 44
2.3.2 异重流头部主要参数的变异分析 45
2.3.3 异重流头部主要参数的关联分析 46
第3章 层结水体环境中异重流沿斜坡运动特性的研究 49
3.1 实验工况和参数 49
3.2 现象分析 51
3.3 PIV结果分析 53
3.4 界面不稳定性分析 56
3.5 剖面速度分析 58
3.6 斜坡坡度和环境水体层结度对头部速度的影响 62
3.6.1 不同斜坡坡度对异重流运动的影响 62
3.6.2 不同环境水体层结度对异重流运动的影响 63
3.7 头部速度和分离深度预测公式建立与验证 66
3.7.1 沿坡异重流加速阶段的运动预测公式建立 68
3.7.2 沿坡异重流减速阶段的运动预测公式建立 70
3.7.3 沿坡异重流的运动预测公式验证 71
3.7.4 沿坡异重流的分离深度预测公式建立 75
3.7.5 沿坡异重流的分离深度预测公式验证 77
第4章 层结水体环境中异重流越障特性的研究 79
4.1 实验工况与参数 79
4.2 平坡实验 82
4.2.1 发展过程分析 83
4.2.2 越障特性分析 86
4.3 斜坡实验 88
4.3.1 发展过程分析 88
4.3.2 越障特性分析 91
4.3.3 分离特性研究 106
4.4 头部速度和分离深度预测公式建立与验证 108
4.4.1 异重流遇障碍物的运动预测公式建立 108
4.4.2 异重流遇障碍物的运动预测公式验证 109
4.4.3 异重流遇障碍物的分离深度预测公式建立 111
4.4.4 异重流遇障碍物的分离深度预测公式验证 112
第5章 层结水体环境中异重流流经植被群特性的研究 113
5.1 实验工况与参数 113
5.2 平坡实验 117
5.2.1 发展过程分析 117
5.2.2 局部动力学特性分析 122
5.3 斜坡实验 126
5.3.1 发展过程分析 126
5.3.2 局部动力学特性分析 131
5.4 头部速度和分离深度预测公式建立与验证 137
5.4.1 异重流遇植被群的运动预测公式建立 137
5.4.2 异重流遇植被群的运动预测公式验证 139
5.4.3 异重流遇植被群的分离深度预测公式建立 141
5.4.4 异重流遇植被群的分离深度预测公式验证 143
参考文献 146
下篇 数值模拟与机制
第6章 异重流运动的直接数值模拟模型 151
6.1 控制方程 151
6.2 边界条件 154
6.3 数值方法 154
6.3.1 交界面平滑 154
6.3.2 对流-扩散方程的离散 156
6.3.3 N-S方程的离散 157
6.3.4 浸入边界法 157
6.3.5 控制方程求解过程 159
6.4 重要参数 159
6.4.1 头部位置和头部速度 159
6.4.2 能量变化 159
6.4.3 卷吸系数 160
第7章 泥沙异重流在层结水体环境中沿平坡运动的数值模拟研究 162
7.1 问题描述 163
7.2 模拟工况设置 163
7.3 模型验证 164
7.3.1 头部位置对比 164
7.3.2 二维模拟结果和三维模拟结果对比 166
7.4 泥沙异重流运动过程 167
7.5 头部速度 170
7.5.1 无颗粒异重流头部速度 170
7.5.2 泥沙异重流头部速度 172
7.6 卷吸系数 174
7.6.1 无颗粒异重流卷吸系数 174
7.6.2 泥沙异重流卷吸系数 175
7.7 能量变化 176
7.7.1 无颗粒异重流能量变化 176
7.7.2 泥沙异重流能量变化 177
第8章 泥沙异重流在均匀水体环境中沿斜坡运动的数值模拟研究 179
8.1 问题描述 179
8.2 模拟工况设置 180
8.3 模型验证 180
8.3.1 头部位置对比 180
8.3.2 泥沙沉降对比 181
8.3.3 二维模拟结果和三维模拟结果对比 182
8.4 泥沙异重流运动过程 184
8.5 能量变化 187
8.5.1 动态参考面 187
8.5.2 坡度对能量变化的影响 188
8.5.3 泥沙沉降速度对能量变化的影响 190
8.6 头部速度 191
8.6.1 泥沙沉降速度对头部速度的影响 191
8.6.2 坡度对头部速度的影响 192
8.7 卷吸系数 193
8.7.1 坡度对卷吸系数的影响 193
8.7.2 泥沙沉降速度对卷吸系数的影响 195
第9章 泥沙异重流在层结水体环境中沿斜坡运动的数值模拟研究 197
9.1 问题描述 197
9.2 模拟工况设置 198
9.3 模型验证 198
9.4 泥沙异重流运动过程 200
9.5 头部速度和分离深度 203
9.6 卷吸系数 204
9.7 能量变化 206
第10章 河口泥沙异重流长距离输移机制的数值模拟研究 209
10.1 模拟设置和参数定义 209
10.2 转化过程机制分析 210
10.3 转换时间和距离 213
10.4 讨论 215
参考文献 215
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