支流入汇弯曲河段水流运动特性试验研究*

首次对支流与弯曲型干流交汇河段的一般水力学问题进行概化模型试验研究,初步揭示了随着干支流交汇角α和汇流比λ的变化,汇合口河段水面几何形态和纵横比降变化特征、三维流速、水流动力轴线、床面剪切应力等的分布规律,给出了在汇合口下游凹岸一侧出现回流分离区的条件和分离区范围与α和λ的定量关系,并对汇合口河段推移质运动和河床冲淤部位进行了分析,填补了国内外弯道干支流汇合口河段研究的空白,为进一步认识和掌握该类河段水流运动特性奠定了基础。     

牡丹江入汇松花江对三姓浅滩的影响

本文分析研究了牡丹江入汇松花江对三姓浅滩河段水流、泥沙及河道冲淤的影响,同时探讨了干、支流水流泥沙特性、洪峰遭遇特性以及交汇角度与支流入汇位置等主要因素对汇流特性的影响,并提出了汇流口的航道整治措施。     

汇流河段干支流分界线的实验研究

在对汇流河段干支流分界线进行较为系统的实验研究基础上，得到了各种汇流比和入汇角组合情况下的分支流分界线及其曲线形式。     

牡丹江对松花江依兰航电枢纽工程的影响

依兰航电枢纽工程位于松花江"三姓"浅滩下段牡丹江入汇口上游约700 m处,松花江具有典型的平原冲积性河流的特征,牡丹江具有典型的山区河流的水文特征。牡丹江入汇松花江涨水期汇流比为0.235,牡丹江对"三姓"浅滩河段产生顶托壅水影响,落水期汇流比为0.096,"三姓"浅滩河段将产生落水冲刷,两江相异的水流、泥沙、洪峰遭遇特性是影响拟建坝址河段具有涨冲落淤的主要因素。枢纽兴建后改变了该河段水流运动规律,同频率松花江来水条件下,随牡丹江入汇水量的加大,电站尾水位不断升高,枢纽上下游水位差减小,枢纽泄流能力减小,枢纽上游引航道口门区及连接段通航水流条件逐渐改善,下游引航道口门区及连接段通航水流条件逐渐恶化。     

山区河流支干流汇流特性研究

通过模型试验研究和实测资料的分析，着重对山区河流支干流、特别是嘉陵江与长江相汇后的特性进行了深入研究，结果表明：支干流汇流比（Ｑｉ／Ｑｃ）是影响交汇角大小、汇流面坡降、输沙率变化等的主要因素，同时利用汇流比这一特征值，建立了它与汇合口的水力和泥沙运动变化的部分相关关系，从而揭示了山区河流支干流相汇后的变化特性。     

山区河流支流河口航道整治

通过对支流汇流口河段水面形态、流速分布及泥沙冲淤特性等研究,基本揭示了它们随交汇角、汇流比、干流流量的变化规律;提出了按水量的差异性即汇流比对支流河口进行分类的方法.并对支流汇流口河段汇流特性、泥沙输移特点、滩险变化规律、治理原则、治理方法及航道治理技术,进行了较为全面系统的总结研究.     

桃源枢纽坝下汇流区推移质运动特性试验研究

为分析桃源枢纽坝下汇流区推移质运动特性,采用整体定床物理模型开展了定床水流和定床输沙试验,观测各级流量下水流要素和输沙带分布。对比分析发现,随来流汇流比的不同,汇流区水动力条件复杂多变,但汇流区泥沙淤积体范围总是与主流带分布密切相关。推移质泥沙沿主流带输移,泥沙淤积体多见于输沙带边线处、流线转折较大处以及河床局部背水面下凹处。中枯水期因下泄水流流速较大,且沿程流速迅速降低,坝下推移质泥沙为短距离泥沙输移;洪水期因河段流速整体较大,为长距离泥沙输移。     

长江嘉陵江交汇口水力特征研究

在原型实测资料和模型试验成果基础上，研究了长江喜陵江交汇口的水力特征。结果表明，干支流汇流比是控制两江交汇位置和支流入口回流（分离）区宽度的主要因素，合流掺混区水面坡降与干流流量和干支流汇流比有关，交汇口上游干流段水面坡降取决于支流顶托影响和滩槽地形的非线性作用。     

顺直分汊河段洲尾船闸的口门区三维流态数值模拟

顺直分汊河段汇流区水流情况较为复杂，将船闸口门区布置在汇流口河中水流掺混区，存在水流流态紊乱等碍航问题，不利于船闸的通航安全。为充分认识洲尾船闸口门区水流流态特性，采用Mike 3FM模块三维水流数值模拟技术，针对沅水下游已建桃源枢纽船闸口门区的三维水流流态进行研究，得到了分汊河道洲尾船闸口门区中洪水期下泄水流平面流态分布特性，交汇水流的主流带、掺混区及动力轴线的规律等，为分汊河段河中布置新建船闸以及旧有船闸的设计和升级改造提供了相关理论基础。     

平陆运河老村河支流入汇段通航水流条件优化*

支流入汇会导致主流局部出现横向流速及明显的水位波动,进而对运河安全通航产生不利影响。天然条件下,老村河汇入口的局部区域横向流速超过相关通航标准的要求,严重影响航道航行安全,因此需要对超标河段进行优化整治。针对汛期泄洪支流对运河通航水流条件的影响,采用重整化群（RNG）k-ε紊流模型开展三维精细数值模拟,对不同洪水流量组合下汇流区的通航条件进行研究。结果表明,原设计方案扩宽流速超标河段后,虽然能有效改善汇流区水流条件,但部分区域横向流速仍然超标。优化方案同时采用下移衔接段、设置导水挡墙和扩宽河道等措施,采用优化方案后,汇流区整体通航条件效果良好,水流、水位条件均能满足船舶安全通航要求。     

长沙枢纽船闸下游口门区出口支流入汇段通航条件研究

长沙枢纽船闸下游引航道口门区连接段处于支流沩水入汇口。对于有支流汇入的连接段航道,其水流条件的优劣除与枢纽河段的平面形态、枢纽平面布置关系密切外,支流汇入角和汇入比往往起到控制作用。试验研究表明:保障支流入汇连接段通航安全,可采取筑堤导流和疏浚引流低水整治措施;在中、洪水期,通过加高河口导流堤高程的工程措施调整支流水流入汇角已经不经济,采取调整连接段船舶进出闸航行线路的非工程措施,可有效解决干、支不利遭遇下船舶安全会遇的问题。     

山区急弯放宽河段水流分离现象试验研究

文章在分析山区河流形态的基础上,概化出急弯放宽河段的基本平面形态参数,引入了弯道放宽率这个因素,并在前人对弯道水流分离现象研究的基础上,综合考虑了弯道放宽率、弯道中心角、相对弯道中心半径、弗汝德数等因素的影响,通过物理模型试验,对山区急弯放宽河段的水流分离现象的发生和分离区的大小进行了系统的试验研究。研究表明,在文章的试验范围内,总的来说弗汝德数和弯道中心角越大、相对弯道中心半径越小,水流就越容易出现分离,但对弯道凸岸分离区的出现起主要作用的是弯道放宽率,当弯道放宽率大于一定值时,都将发生水流分离现象,而与其他因素没有关系,并且当弯道放宽率较大时分离区也较大。     

Experimental investigations on hydrodynamic interactions between the cylinder and nets of a typical offshore aquacultural structure in steady current

A series of physical experiments were performed in steady current to investigate the hydrodynamic interactions between the cylinder and nets which constitute a main part of offshore aquacultural platforms. The hydrodynamic characteristics of only the cylinder, only nets and combined cylinder-net structures are measured and analyzed systematically under different current velocities, inflow angles and solidity ratios of nets. Based on experimental data, fitted formulas for hydrodynamic coefficients of a single resin net are proposed and compared to previously published empirical formulas. It is observed that the existence of the cylinder brings an increment up to 9.2% to drag coefficient of net panels whose solidity ratios are higher than 0.347, whereas this effect is negligible for nets with lower solidity ratios and perpendicular to the inflow. For nets inclined with 45°, the increment of the drag coefficient of net panels due to the existence of the cylinder is more significant (up to 22.9%) than that for perpendicularly placed nets. Furthermore, the existence of nets also leads to a noticeable increase in the drag coefficient of the cylinder, up to 40.18% for a relatively large net solidity ratio of 0.458, representative of biofouling condition. The increment increases with the rise of the solidity ratio of nets and it is larger for nets placed perpendicularly to the inflow than inclined. Effects of the cylinder and nets on lift coefficients of each other are a bit complicated, leading to an increase or reduction of lift coefficients depending on the inflow velocity, inflow angle and net solidity ratios. Finally, it is worth noting that the hydrodynamic interaction between the cylinder and nets deserves to be considered in current practice of hybrid methods by combining potential flow theory, Morison and screen models for aquacultural structures, especially for biofouling conditions.     

基于流道倾角对喷水推进泵流道性能的影响研究

利用参数化方法设计了4种不同流道倾角的喷水推进泵椭圆形进水流道,并采用三维雷诺平均N-S方程和RNGκ-ε湍流模型对其流场和性能进行数值仿真.从流道的出流均匀性、流动分离方面来分析在保持进口速比不变,不同流道倾角时流道内流场的变化情况,为喷水推进器进水流道倾角的设计提供依据.计算结果表明:流道倾角对喷水推进泵水力性能和流场变化影响较大.在设定进速比的条件下,随着流道倾角的增大,喷水推进泵流道出口的流场均匀性变差,流道内部更容易发生流动分离现象,且在流道倾角为47°时的喷水推进泵在设计工况下的流场特性最差.     

高良涧双线并列船闸下游引航道水流特性研究

高良涧扩容船闸和二线船闸并列布置,且共用引航道,下游较短范围内引航道与苏北灌溉总渠交汇,其下游引航道水流条件受双线船闸相互泄水及苏北灌溉总渠泄流的影响变得十分复杂。采用二维水流数学模型计算和分析的手段,进行高良涧船闸各种典型水位组合及运行方式下的下游引航道水流条件的研究,针对存在的水力学问题,结合高良涧船闸的特点,提出便捷有效的工程措施--格栅式分隔堤,研究成果可供工程设计和运行管理参考。     

龙滩枢纽下游桥区航道整治研究

龙滩大桥桥区主槽两岸石质边滩岸线极不规则,中枯水主槽狭窄,航道尺度不足;同时受地形影响,龙滩枢纽下泄流量较大时,桥区水流湍急、流态紊乱,大桥主通航孔前主流与桥轴线夹角很大,碍航严重。资料分析和平面二维水流数学模型研究表明,通过新辟航槽、开槽分流、调直航线,可以解决桥区航线弯曲、横向流速过大及不良流态问题,为类似桥区航道整治提供参考。     

电磁力控制翼型三维绕流场特性的数值研究

在弦长雷诺数Re_L=2.97×10~6下,采用脱体涡模拟方法对弱电解质中电磁力作用下翼型绕流场特性进行了数值模拟,研究了电磁力作用控制翼型失速攻角时绕流场中三维流动特性及失速问题的规律和机理。结果表明:电磁力作用可有效改善翼型周围的流场结构,显著减小翼型绕流场三维特性,并使翼型表面流体动能增加,当电磁力作用足够大时,其表面涡量转变为正向涡量。同时,电磁力作用可增加翼型升力,减小阻力,显著减小升阻力脉动特性,提高翼型升阻比,还可以显著延缓翼型失速特性,增加失速攻角,提高工作性能。