Influence of seabed sand wave on hydrodynamic performance of submersible北大核心CSCD

[目的]研究潜器在海底沙波地形干扰下的水动力特性。[方法]基于计算流体力学(CFD)方法,使用STAR-CCM+软件并结合重叠网格方法对潜器经过海底沙波的过程进行模拟,计算潜器阻力系数和升力系数在此过程中的变化。[结果]结果表明,当潜器近海底航行时,沙波地形会对潜器产生一定的干扰,当艏部运动至波峰附近时,负升力出现最大值,当艉部运动至波峰附近时,阻力出现最大值;在不同航速下,潜器表面压力分布规律的不同会导致升力系数的变化规律不同;随着近海底距离的减小,海底沙波对潜器阻力和升力变化影响显著,当H/D>5时,海底沙波对潜器阻力和升力的影响可以忽略。[结论]所做研究可为潜器的安全及操纵性能提供一定的参考。     

浮运围堰下沉过程中紊流宽度试验研究

通过局部动床概化水槽试验,采用MicroADV流速仪测量瞬时流速,得到浮运围堰下沉过程中围堰侧面纵向、横向和垂向紊动强度的分布情况。分析浮运围堰入水深度、行进流速、行进水深对紊流宽度的影响。结果表明:在试验条件下,浮运围堰入水深度对紊流宽度影响较大;行进流速、行进水深对紊流宽度影响较小。在试验范围内,围堰单独作用时水流相对紊流影响宽度D/B随围堰相对入水深度H c/H0的增加而增大,基本为线性关系。     

螃蟹碛滩碍航特性及卵石沙波形态分析

根据螃蟹碛滩多年实测地形、水文资料和历年整治方案,分析螃蟹碛滩碍航特性及卵石沙波形态特征。分析表明:经过两次整治方案后,航道条件得到改善,但仍然存在水深较浅、卵石淤积的现象。螃蟹碛沙波运动剧烈且不规则,床面形态为沙垄。螃蟹碛卵石沙波使主河槽3.5m水深线多处平面形态突变,通航水流条件较差;螃蟹碛卵石沙波波峰波谷交替出现,变化不规则,波峰位置处的航槽水深很难达到3.5m,影响通航尺度。     

二级沙波水流特性的大涡模拟

采用FLuent软件平台大涡模拟方法(LES)对二级沙波水流特性进行数值模拟,进出口边界采用周期性条件以模拟一系列沙波。通过与水槽试验数据对比发现,模拟计算结果与试验数据吻合较好,在此基础上对3种不同水平位置处的二级沙波进行模拟。计算结果表明:当二级沙波距一级沙波波峰较远时,二级沙波对一级沙波起遮掩作用,使得一级沙波回流区范围减小,垂向负流速区更加接近一级沙波波峰,同时二级沙波背流面的水流会对一级沙波迎流面形成侵蚀,进而减小一级沙波尺度;当一、二级沙波接近融合或融合时,两者之间的非线性相互作用使得回流区范围扩大,紊动增强。Q准则等值面显示,二次沙波的叠加增强了沙波涡旋结构的尺度和强度。     

明渠恒定均匀流流速垂向分布研究

恒定流是明渠水流基本原理研究的重要课题,水流的动力特性决定了泥沙的沉积和悬浮,河床底部侵蚀和沉积的演变,是水动力机理研究的重点。为了进一步讨论明渠平均流速剖面和恒定流摩阻特性,文章结合理论分析和实验研究,基于粒子图像测速仪(PIV)水槽实验系统,探究不同工况下恒定流流速剖面、紊流度和底边界层厚度等参数的变化规律。结果表明:(1)沿轴向,紊流度与平均流速成正相关,随着总水深的增加,紊流度沿垂向变化变缓。平均流速和比降的增大,都会使紊流度曲线右移。随着比降的增大,平均流速所引起的紊流度的增大幅度越小。但是,平均流速对比降引起的紊流度的增大幅度影响不大。(2)总水深较小时,平均流速对底边界层厚度的影响较大,总水深较大时,总水深对底边界层厚度的影响更明显。     

一种新型浮式防波堤的消浪特性研究

文章通过AQWA软件,数值研究了""字型浮式防波堤在规则波作用下的水动力特性,探讨了相对入水深度对结构消浪性能的影响。计算结果表明:不同改变相对入水深度的方法,透射系数变化规律不同,透射系数随着结构吃水的增加而明显减小;透射系数随水深增加发生的变化较小。浮箱结构吃水的变化引起的相对入水深度的改变对消浪效果的影响要大于因水深变化而引起的相对入水深度的改变。     

斜坡型潜导堤波浪力特性的数值研究

为研究各水位期不同波高作用条件下,斜坡型潜堤所受波浪力的特性,基于某潜导堤工程设计与物理模型资料,采用FLUENT软件建立二维波浪数值水槽,用物理模型试验数据验证模型的可靠性,对不同淹没水深和波高下斜坡型潜导堤所受波浪力进行数值计算,分析波浪力与相对波高、相对淹没水深之间的关系,结合其他形式潜堤波浪力的经验计算公式拟合得出该斜坡型潜导堤堤顶面最大波浪力计算公式。结果表明:波浪力大小受相对波高、相对淹没水深的影响较为显著,其影响机理与波浪场流体运动特征相关;相对于波高的变化,波浪力对淹没水深的变化更为敏感,且波浪力在不同的淹没水深区间和不同的作用位置均呈现出不同的变化规律。     

风暴潮条件下越浪水体对堤顶附加直墙的作用

为研究极端条件下浅水大波对沿海建筑物的作用,采用物理模型试验的方法,在波浪水槽中开展风暴潮条件下越浪水体对斜坡堤堤顶附加直墙的作用试验,得出波浪作用在堤顶附加直墙上压强分布的规律,并基于动量方程得出越浪量和压强、流速之间的相互关系。结果表明,不同越浪量条件下直墙作用力随时间呈不同的变化规律,当越浪量较小时呈单峰分布,越浪量较大时呈双峰分布;越浪水体对直墙的水平作用力符合韦布尔分布;越浪水体上挑角度先随越浪量增加而增加,当越浪量较大时再随越浪量增加而略微减小,最大值在75°左右。     

航道清礁对西江鱼类保护区紊流体的影响

河底裸露的礁石增加水体紊动,有助于鱼卵正常形成,大量存在礁石的河段往往是鱼类栖息和产卵的重要场所。礁石也存在碍航的可能,航道清礁一定程度上影响水体紊动强度,改变鱼类栖息环境。为此,在重要鱼类栖息河段进行航道清礁需充分论证。以紊动动能作为评价水体紊动强度指标,开展西江中游珍稀鱼类保护区河段三维紊流数值模拟,计算并统计航道清礁工程前后水体紊动动能及不同强度的紊流水体体积,分析其变化规律及原因。研究结果表明,断面中紊动动能强度与水深成正相关关系;清礁工程导致河段中弱紊动动能的紊流水体体积增加,强紊动动能的紊流体积减小;底层水体紊动动能的变化量高于表层;强紊动动能水体体积减少的变化率大于弱紊动动能水体体积增加的变化率。     

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。