孙东坡弯道环流公式改进*

孙东坡弯道环流流速公式结构简明、形式合理、不受卡门常数影响,且与实验室资料有良好的拟合性。但在横比降的计算和普朗特紊流切应力的构架方面存在着缺陷,使得公式不能很好地反映出粗糙床面的实际情况。针对上述问题,引入与实际情况相符的罗索夫斯基横比降公式,重新构架了普朗特紊流切应力方程。改进公式不仅改善了原公式中存在的问题,而且计算值与实测值吻合度非常好,可应用到实际的弯道流速计算中去。     

航道整治线型理论确定方法初探

整治线型对航道整治工程设计施工的意义重大,以往多根据经验确定。考虑到环流消失对弯道过渡段水流挟沙力减小、泥沙淤积、浅滩碍航的影响,以弯道环流运动研究成果为基础,分析不同环流消失长度公式,选取张定邦公式进行改进,初步探讨了整治线型确定的理论公式法,并采用长江中游弯道河段实测数据对公式进行了验证。     

航道整治线型理论确定方法初探

整治线型对航道整治工程设计施工的意义重大,以往多根据经验确定.考虑到环流消失对弯道过渡段水流挟沙力减小、泥沙淤积、浅滩碍航的影响,以弯道环流运动研究成果为基础,分析不同环流消失长度公式,选取张定邦公式进行改进,初步探讨了整治线型确定的理论公式法,并采用长江中游弯道河段实测数据对公式进行了验证.     

弯道中环流对船舶产生的倾覆力矩计算分析

结合水力学知识,研究了弯道中水流的环流形成机理,给出了弯道中的横向自由水面表达式。通过环流垂向的速度分布公式,探讨了弯道中航行的船舶的受力情况,并计算出了环流对船舶产生的力矩作用的大小,给出了计算表达式。     

弯道横向环流试验及分析

文章阐述了弯道横向环流的形成机理,建立了180°矩形断面弯道的概化模型,据此来分析弯道水流环流的流态特征。根据环流强度在不同剖面的沿垂线分布情况和等值线图,分析了弯道环流强度。通过流场在弯道各种断面的情况,得出的弯道环流特性可为相关的理论研究及工程实践提供理论基础。     

弯曲河道水流的研究现状

水在流动的时候受边界条件影响很大。弯道水流是工程实际中经常碰到的一种水流形式。由于弯道特有的几何特征和几何条件,其水流特性与顺直河道有显著的不同。弯曲型河流的水流运动研究包括流速及流速分布、比降、流场分布、环流运动、紊动特性等。单个的独立弯道中水流结构方面的研究已经比较成熟,文章对此进行了系统归纳。而连续弯道水流结构研究的成果还不多见,针对目前该领域研究中存在的问题提出了一些看法与建议。     

用普林斯顿管测量明槽表面切应力

本文根据Preston管的理论基础——紊流边界层中的“壁面律”,采用自制的Praston管在率定流速的水槽中进行了对比验证,结果由Preston管测得的流速与标准流速吻合很好.利用带静压管的Preston管,测量了连续弯道的床面切应力,通过弯道床面切应力的分布规律进行了初步分析     

波浪作用下沙纹床面形态及底摩阻系数研究

波浪作用形成的沙纹在近海区域普遍存在,准确预测沙纹床面形态并计算对应的底摩阻系数是研究近岸波浪变形、泥沙输运及岸滩演变的基础。利用国外公开发表的室内试验和现场观测数据对已有计算沙纹形态的典型公式进行分析评价。考虑床面形态与水流条件的互相适应,提出新的平衡状态下沙纹长度、高度及波陡计算公式;引入临界Shields参数判别函数来考虑底床泥沙运动状态对沙纹形态的影响;通过理论推导得到波浪摩阻系数计算公式,并利用沙纹形态计算公式改进粗糙高度的计算方法。结果表明,提出的沙纹形态计算公式能够较好地刻画不同底沙运动状态下沙纹床面几何特征,临界Shields参数对于沙纹形态的计算具有重要影响;新得到的沙纹长度和高度公式可以有效地应用于波浪摩阻系数计算。     

连续弯道内水流运动的特点

利用数学模型,采用带旋流修正的紊流模型,同时借助VOF方法描述自由表面,对6个连续反向弯道中的水流运动特点进行了数值计算,分析了连续弯道中的主流线分布,不同来流情况下的纵向水面流速变化以及横向环流在连续弯道中的发展过程.结果表明,在连续弯道中,高流速区均出现在弯顶前凸岸一侧;连续弯道两个反向弯段的横向环流也是反向的,下一个弯段的环流发展受到上一个弯段环流明显的抑制作用;随着上游来流量的增大,弯道中最大纵向流速的位置由弯顶前凸岸处向弯顶下移,顶冲点下移,纵向流速沿弯道宽度方向的分布趋于均匀,水流"走直"的趋势明显.     

弯道水流环流结构的试验研究

建立了弯道水流概化模型试验,利用ADV对三维流速数据进行了采集.通过对弯道水流流速的分析统计.对弯道环流沿程变化和分层结构进行了初步研究.结果表明,环流结构在弯顶前后呈现出不同规律,并且存在沿水深上下分层的现象.研究为进一步深入探讨弯道水流特性奠定了基础.     

河道二维数值模拟糙率横向分布研究

糙率是河道对水流阻力大小的描述。文中系统地总结了推求糙率的各种常用方法,分析了糙率沿河道横断面分布的非统一性。采用横断面各个垂线能坡相同的假定原理,利用谢才—曼宁公式,推导出了断面糙率再分配函数。通过点绘多条河流不同河型的不同断面形态的实测水文资料,建立了可应用于平面二维水流数值模拟中阻力沿河宽分布的经验公式,将得到的断面糙率再分配函数应用到对应的河段的平面二维流场数值计算中,计算结果与实测结果吻合良好,解决了计算流速与天然实测流速断面分布不一致的问题,提高了水流二维数值模拟的精度。     

连云新城海滩清淤工程维护效果研究

淤泥质海岸人工沙滩的维护问题日益为人们所关注。在平衡水深概念推导出的海床冲淤公式的基础上,通过对平衡流速的假设,增加了因水深改变而引起的海床冲淤,推广了适用于计算自然滩面下海床冲淤的公式。通过推广后的公式计算了连云新城海滩清淤工程的泥沙冲淤。计算结果表明：各清淤方案有使海床恢复到自然水深的趋势,且均有泥滩出露的现象,需要进行定期的疏浚维护。     

螺旋桨射流对抛石基床冲刷的数值计算

抛石基床遭螺旋桨射流冲刷破坏而危及码头使用安全,是近几年码头检测评估工作中的新问题,国内海港工程设计规范中未考虑船舶尾流作用对抛石基床的冲刷影响。采用计算流体力学软件Fluent建立螺旋桨射流流场三维数值模型,并利用螺旋桨射流流速的理论研究成果对数值模型进行验证。通过数值模拟,研究螺旋桨射流在码头岸壁和基床底面影响下的变化规律,建立了船舶尾流在重力式码头前沿的最大冲刷流速及其位置的经验公式。     

The effect of finite depth on 2D and 3D cavitating hydrofoils

The iterative numerical method that has been developed for cavitating hydrofoils and surface piercing bodies moving inside a numerical towing tank is modified and extended to the case of fully submerged, both two- and three-dimensional cavitating hydrofoils in water of finite depth, and the effects of subcritical speed, critical speed and supercritical speed are investigated in detail. The iterative numerical method based on Green’s theorem allows separating the cavitating hydrofoil problem, the free surface problem and finite bottom problem both in two and three dimensions. The cavitating hydrofoil surface, the free surface and the surface of finite bottom are modeled with constant strength dipole and constant strength source panels. While the kinematic boundary condition is applied on the hydrofoil surface, a dynamic condition is applied with a cavity closure condition on the cavity surface. The source strengths on the free surface are expressed in terms of perturbation potential by applying the linearized free surface conditions. No radiation condition is enforced for downstream and transverse boundaries. The source strengths on the bottom surface are zero because of vanishing normal velocity. The method is applied to 2D and 3D cavitating hydrofoils, and the effect of finite bottom on lift and drag coefficients, cavity number and wave elevation is investigated.     

波、流共存时的床面剪切力

利用边界层理论 ,导出了波、流共存时的床面剪切力 ,得出综合摩阻系数、综合速度和综合摩阻速度计算公式     

无黏性均匀沙起动临界条件的统一

采用确定性分析方法,建立无黏性均匀沙起动流速公式,并用实测资料对其进行验证。通过理论推导,得出基于剪切力和水流功率的均匀沙起动临界条件表达式。对基于起动流速、剪切力和水流功率的均匀沙起动临界条件进行统一,得出各表达式之间的相互转换关系,证明三种起动临界条件在本质上是相互统一的。     

横向不对称装载对集装箱船底部板架强度的影响分析

随着超大型集装箱船船宽的增大,其底部板架横向应力日趋受到关注。文章以集装箱船货舱区船底板架为研究对象,基于舱段数值仿真方法,考虑多种横向不对称装载型式、装载工况和动载荷工况,分析集装箱船底部板架的应力响应特点,讨论横向不对称装载型式对船底板架局部强度和应力分布的影响规律,并基于不同类型动载荷工况初步探讨其对横向不对称装载下的船底板架影响。研究结果表明,横向不对称装载下高应力点分布具有相似性,应力水平较原对称装载升高,校核集装箱船强度中建议考虑实际可能的横向不对称装载型式的影响。     

船舶尾流作用对抛石基床冲刷稳定性的影响研究

文章提出了抛石基床块石理想排布状态的二维模型,并通过有限元软件对抛石基床的冲刷问题进行了数值模拟。采用ADINA软件建立二维数值模型,针对船舶尾流的分布特点,计算分析抛石基床在船舶尾流作用下的起动流速,得出抛石基床在尾流作用下的冲刷机理,并拟合得到抛石基床块石的起动流速经验公式。     

存在底部起伏影响的近壁面处双层多孔栅栏陷波研究（英文）

Trapping of oblique surface gravity waves by dual porous barriers near a wall is studied in the presence of step type varying bottom bed that is connected on both sides by water of uniform depths. The porous barriers are assumed to be fixed at a certain distance in front of a vertical rigid wall. Using linear water wave theory and Darcy's law for flow past porous structure, the physical problem is converted into a boundary value problem. Using eigenfunction expansion in the uniform bottom bed region and modified mild-slope equation in the varying bottom bed region, the mathematical problem is handled for solution. Moreover, certain jump conditions are used to account for mass conservation at slope discontinuities in the bottom bed profile. To understand the effect of dual porous barriers in creating tranquility zone and minimum load on the sea wall, reflection coefficient, wave forces acting on the barrier and the wall, and surface wave elevation are computed and analyzed for different values of depth ratio, porous-effect parameter, incident wave angle, gap between the barriers and wall and slope length of undulated bottom. The study reveals that with moderate porosity and suitable gap between barriers and sea wall, using dual barriers an effective wave trapping system can be developed which will exert less wave force on the barriers and the rigid wall. The proposed wave trapping system is likely to be of immense help for protecting various facilities/infrastructures in coastal environment.     

船舶尾流冲刷作用下抛石基床块石稳定性计算方法研究

船舶尾流是导致重力式码头抛石基床冲刷破坏的重要因素之一,国内港口、海岸工程设计规范中未考虑船舶尾流作用对抛石基床块石稳定性的影响。文章通过总结、对比、分析国外船用螺旋桨射流流速分布研究成果,得到了螺旋桨射流流速分布规律,提出了船舶尾流冲刷作用下抛石基床块石稳定性计算方法,并利用该方法计算并分析了某重力式码头抛石基床块石的冲刷情况。计算结果表明:螺旋桨射流起始段和主体段的流速均可能对抛石基床块石产生冲刷影响,且主体段水流对块石稳定性影响更大,船用螺旋桨桨轴线距基床顶面高度2倍桨直径内的区域可作为船舶尾流冲刷影响区。