明渠弯道水流三维数值模拟*

采用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程组,其中动量方程的雷诺应力项用k-ω涡黏紊流模型求解,结合VOF方法跟踪自由水面,运用Fluent软件模拟了明渠180°弯道水流的三维特性。通过将数值模拟的水位结果与试验资料进行比较,表明数值模拟能够有效地预测弯道水面高度的变化范围以及水面横比降的主要影响范围;同时分析了弯道水流不同水深的平面流场和典型断面弯道环流分布。     

河口垂向二维悬沙输移数学模型

针对窄深的潮汐河口建立了沿宽度方向积分平均的垂向二维悬沙输移数学模型,潮流场的模拟采用三维MOHID模型,悬沙对流扩散方程采用Galerkin有限元法进行求解。利用该模型模拟了长江口北槽段潮流输沙过程,计算结果与实测资料较好吻合,表明了该模型能够模拟窄深的潮汐型河口地区悬沙输移过程。     

防波堤及堤前防护结构周围波浪场的数值模拟

本文求解Navier-Stokes方程,并结合SGS湍流应力模型,用CLEAR-VOF法跟踪自由水面,构造了二维数值波浪水槽.通过在防波堤迎浪侧堤脚前布置排桩构成防冲刷结构,可以对使入射波浪部分反射和衰减,从而减小入射波浪对防波堤堤脚的冲刷作用.本文用数值波浪水槽模拟了波浪在堤前防护结构上的反射和透射,研究了这些防护结构减小堤脚基础附近底床剪切应力的效果,探讨了防护结构的优化尺寸.     

洋山港及邻近海域悬沙输运特征研究*

基于SWEM2D数值模型,建立了一个范围包括洋山港、长江口及杭州湾的二维水流泥沙数学模型。根据2004年5月洋山港实测水文泥沙资料,认为洋山港区域悬沙垂向切变输运较小,可忽略该项对悬沙输运的影响,采用二维泥沙数学模型能基本反映出该区域悬沙输运特点。利用2004年5月洋山港及邻近海域实测水文泥沙资料对模型计算结果进行验证,验证结果表明模型计算结果与实际情况吻合良好。在此基础上,根据模型计算结果计算了洋山港及邻近海域大、中、小潮期间悬沙输运速度。结果表明,洋山港区域悬沙主要以欧拉输运为主,斯托克斯漂移、潮泵输运为辅。该区域西口门高含沙量主要是受到长江口及杭州湾悬沙输运富集的影响。其邻近海域主要的悬沙输运在近南汇边滩以东区域分成两股,一股向北,一股沿着南汇南岸的水下泥沙通道,径直流向杭州湾,并在杭州湾的悬沙输运的带动下,向洋山港流去。     

河口悬沙浓度变化与多因子响应模式

从河口近岸悬沙浓度的影响因素入手,在收集现场实测资料的基础上,对悬沙浓度的变化规律进行分析。通过分析研究,建立了悬沙浓度变化与多因子响应高精度三维数值模型。以黄茅海水域1992年11月15日—19日实测水流、泥沙、风等资料为基础,对模型进行验证。结果表明:模型能较好地模拟河口水流泥沙运动,且计算稳定性好、精度较高。水流、泥沙运动验证成果基本能达到规范要求的精度。     

波流共同作用下大连湾海床冲淤变化的数值研究

以大连湾为模拟对象,将波浪场产生的辐射应力及底部剪切应力耦合到潮流运动方程和悬沙输运方程中,采用非结构化网格对计算区域进行剖分,建立波流共同作用下的二维悬沙数学模型。对比纯潮流作用下、常浪作用下、恶劣天气波浪作用下的模拟结果得出结论：常浪作用下,波浪对大连湾流场、悬沙浓度、海床冲淤变化均无明显改变,但在恶劣天气时,波浪对大连湾流场、悬沙浓度、海床冲淤变化有较明显的影响。     

多因素数学模型在温州瓯江口浅滩围涂工程研究中的应用

建立了波浪、潮流、盐度、悬沙、底床冲淤等多种因素数学模型,在模型验证的基础上,对瓯江口温州浅滩围涂工程海区的波浪场、潮流场、盐度场、悬沙场、底床冲淤场进行了数值模拟研究,对温州浅滩围涂工程对瓯江泄洪、瓯江南北口分流比、乐清湾养殖业、瓯江口港口航道及状元岙深水区、南口口外滩地的影响进行了分析论证。分析研究结果表明,温州浅滩围涂工程是可行的。     

船闸引航道内水面波动的二维数学模型研究

提出船闸引航道内水面波动的二维数学模型,采用二维非恒定流数学模型和船闸灌泄水一维数学模型联解.这一模型考虑了船闸灌泄时水流惯性的影响,较好地模拟了三峡工程上引航道船闸灌水产生的水面波动,同时,给出了水面波动周期和波长的近似计算公式。     

悬沙模型的水流输沙相似条件

水流输沙相似是悬沙模型必须满足的基本条件。众所周知 ,目前所流行的所谓沉降和悬浮相似条件在变态模型中互为矛盾。理论分析表明 ,在变态模型中该两个相似条件均不能成立 ,替代它们的是一个所谓垂向泥沙通量比相似条件。这样可使悬沙输移和河床平面变形相似条件得到满足     

关于非均匀沙悬移质不平衡输沙问题

本文从水流挟沙能力基本概念出发,根据非均匀沙悬沙与床沙交换的基本形式,导出了非均匀沙平衡及不平衡输沙时水流挟沙能力基本公式,进一步揭示了非均匀沙输沙机理.文中理论较完善,概念较清晰.公式简明.适用范围广.可用于一、二维泥沙数学模型.     

伶仃洋航道泥沙运动特性的水槽试验研究

在41组波浪水槽试验基础上,对波浪作用下的悬移质运动进行了理论分析,讨论了计算含沙量所需要的两个关键参数(?)和C_2,最后给出了半理论半经验的悬移质输沙率计算公式     

粉沙质海岸波浪和潮流作用下泥沙垂线分布研究

研究波浪和潮流作用下水体含沙量的垂线分布,是解析粉沙质海岸滩面泥沙在波浪和潮流作用下泥沙运移形态的重要基础。通过波浪水槽实验和现场观测资料,揭示粉沙质海岸滩面泥沙在波浪和潮流作用下垂线分布特征,并应用泥沙扩散方程,建立起半理论半经验的含沙量垂线分布公式。     

荆江重点浅滩现状整治的二维动床数学模型研究——模型的建立

本文针对荆江河道边界形状复杂、长宽相差悬殊及水沙具有明显的二维特征,建立了正交曲线坐标系下河道二维动床数学模型。给出了正交曲线坐标系下二维动床数学模型的控制方程、控制方程的高散及数值解法、边界条件及动边界技术。细致地模拟了荆江卵石夹沙河床及沙质河床浅滩河段的水面线、流速场、含沙量浓度场及河床变形,计算的水位、流速分布及河床变形与实测资料吻合很好。     

海底淤泥固化土的工程特性

海底淤泥的利用问题是围海造陆必须面临的关键问题之一。通过对海底淤泥中添加固化剂后形成的固化土分别在室内和现场开展的系列工程特性试验研究,以及对固化土的外观特征的调查,对固化土的强度等试验参数进行了统计分析,为今后海底淤泥在围埝建设中的应用提供了一条新的途径。     

宁德核电厂近海区沉积特征分析

为判明宁德核电厂近海区底质泥沙的组成与分布特征,研究电厂取排水工程泥沙问题,在工程区域至水下-10 m水深范围内进行了大面积的沉积物取样与分析工作,得出该海区沉积物质以粘土质粉砂和粉砂质粘土分布为主,平均中值粒径为0.0076 mm,属淤泥质海岸沉积性质。核电水上工程实施后,工程区外侧及其宏观水域的滩面物质组成,仍将基本维持工程前的泥质类,有利于滩面的稳定及设计标高条件下的取、排水安全。     

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。     

潜艇应急上浮稳性研究

通过对应急上浮运动及高压空气吹除主压载水舱规律的简化,给出了潜艇应急上浮运动方程.将上层建筑的背水量作为临时加载,推导出应急上浮稳性计算方法.将非定常势流理论用于应急上浮运动流场分析与水动力计算.考虑了非线性自由表面条件,在应急上浮运动中随时进行流场以及自由表面的运动计算,从而实现了应急上浮运动与流场的耦合求解.采用将艇体及自由表面划分成四边形单元的方法计算流场,用Adams方法计算自由表面运动和艇体上浮运动.文中给出了某潜艇应急上浮运动和稳性的算例,计算结果验证了方法的可靠性.     

水流作用下地形不稳定性计算模型

河流中水流和水底泥沙之间的相互作用会产生各种复杂的地形形态,交替型沙坝是其中的一种地貌特征,研究表明这一地貌的形成机理是水底地形的不稳定性.给出了这一不稳定性所导致的交替型沙坝的数值模拟方法和相应结果.水流方程采用了交替方向隐式算法求解,水底变形方程采用了比传统方法更加稳定的欧拉加权基本无振荡迎风格式求解,从而建立了水...     

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。     

Numerical investigation of the gate motion effect on a dam break flow

The effects of a moving gate on dam break flow experiments are numerically considered in this paper. The dam break flow process is modelled by a sudden gate release. A Constrained Interpolation Profile (CIP)-based model is employed to solve the Navier-Stokes equations with the free surface boundary condition to deal with the water-air-gate interactions. In addition, the VOF-type THINC/SW method is used to capture the free surface. The movable gate is simulated by an immersed boundary, and a gate motion formula is proposed from existing experimental data and applied in the dam break flow computations. The difference between the water profile and pressure domain with/without gate motion is examined. The dam breaks with different gate motions are discussed as well. The numerical results show that the proposed gate motion formula correlates well with the numerical modelling, and the gate motion has a significant influence in the water collapse process and cannot be neglected in the study of dam break.