Numerical study on the drag characteristics of rigid submerged vegetation patches

阻力 圆柱 物理 机械 阻力系数 无量纲量 湍流 夹带(生物音乐学) 寄生阻力 流量(数学) 几何学 数学 声学 节奏
作者
Mengyang Liu,Wenxin Huai,Bin Ji,Peng Han
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:33 (8) 被引量:34
标识
DOI:10.1063/5.0060601
摘要

Aquatic plants play a crucial role in the hydrodynamic and material transport processes within the aquatic environments due to the additional flow resistance induced by vegetation stems. In this study, high-resolution numerical experiments were performed to investigate the drag characteristics of circular vegetation patches fully immersed in a turbulent open channel flow. The submerged vegetation patch was modeled as a rigid cylinder array with a diameter D composed of N cylinder elements with a diameter d. The effects of vegetation density Φ (0.023 ≤ Φ ≤ 1) and relative diameter d/D (d/D = 0.051 and 0.072) were tested. The simulation results show that Φ and d/D affect the flow resistance exerted by the vegetation patch by modifying the bleeding flow intensity. With the increase in Φ, the drag forces acting on the individual cylinder elements decrease, whereas the total drag forces of the patch increase. The oscillation strength of the drag force of individual cylinders depends on Φ and the fixed positions within the patch. The presence of the free end of submerged cylinder array leads to enhanced wake entrainment with the increase in Φ. The drag coefficient of the submerged patch is smaller than that of the emergent patch when the dimensionless frontal area aD > 3. However, the two patches exhibit comparable drag coefficients for smaller aD values.
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