一种基于摩擦因子分解的掺气水流 Favre 平均浅水框架

由于掺气导致混合物密度在空间上强烈变化，高弗劳德数掺气水流中流动阻力的精确预测仍然具有挑战性。在此，我们首次在浅水方程框架内引入了一种密度加权（Favre）平均方法，专门用于处理这种强烈的混合物密度变化。在此框架内，我们提出了一种新颖的 Darcy-Weisbach 摩擦因子公式，该公式分解了与均匀流、空间变化流和时间演化流相关的贡献，并纳入了反映混合物垂直结构的动量和压力修正系数。对实验数据的应用表明，空间流动发展系统地降低了相对于均匀流估计的有效摩擦因子，并且基于动量和基于能量的公式产生了几乎相同的结果。该框架在准均匀下游区域恢复了经典的均匀流预测，并在无掺气情况下退化为标准的单相公式。总体而言，它为高弗劳德数溢洪道、陡槽和明渠系统中的阻力预测提供了一种物理上一致的工具，其结构兼容于深度平均数值求解器。