船行波作用下生态护岸空腔结构动力特性研究

针对限制性航道船行波作用下的生态护岸问题,研发了新型生态护岸空腔结构,开展自航船舶模型水槽试验,研究船行波作用下腔体内流速分布、紊动特征及集鱼效应。结果表明,在船行波作用下,受腔体复杂结构控制,水体流动由低频波振荡流转变为高频边界层紊流,距边壁越远流速越大,且能量在各频率趋于均匀分布。腔体内紊动呈现多峰值并逐渐耗散的过程,正常船速4.60 m/s时,最大紊动能为0.002 5 m²/s²,位于鲫鱼的偏好动能范围之内;船速增大至6.3 m/s时,最大紊动能为0.177 1 m²/s²,超出鲫鱼的偏好动能范围,不利于鱼类栖息,船舶在鱼类重点保护区宜限速航行。     

船闸紊动水体降解有机物的机理研究与应用

通过模拟实验与现场监测验证表明,葛洲坝船闸在不同的运行工况状态下产生的水流紊动强度和动能差异大,水体复氧速度、有机物降解速率不一,其生化需氧量浓度呈明显的变化.紊动使水文流场更加复杂,河流水力学性质由层流转变为紊流、回流、混合流,表现了典型的非线性机理特征.认为紊动动能k对降解速率k<,1>的影响关系符合"一级反应"理论,建立了影响关系函数表达式.应用紊动水体对有机物降解机理关系,可利于水体的充氧,改善船闸水域的水环境质量.     

长江上游分汊河段不同深度水流的紊动特性研究

分汊河段水流的紊动特性对河床冲淤变化和鱼类生境有重要影响,而关于分汊河段水流紊动特性的水平分布的研究较少。为了厘清分汊河段水流的紊动特性,以长江上游部分河段为原型,开展概化模型试验,并对不同深度水流的3个方向(纵向、横向和垂向)的时均流速、紊动强度及紊动能的水平分布特征进行研究。结果表明：分汊水流在分流和汇流区域有低流速区,该区域的水流紊动较强。不同深度水流的紊动强弱与滩体水平剖面面积呈正相关关系,与河床的距离呈负相关关系;近底水流的强紊动区域较为分散;上层水流的强紊动区域较为集中。     

高频振动冲击作用下礁石损伤演化规律研究

破碎锤破岩法作为一种生态环保的清礁方法，在工程建设及航道整治开挖中得到越来越广泛的使用，但关于高频振动冲击作用下礁石损伤演化规律研究较少，破碎锤冲击参数对礁石损伤破碎的影响研究不足。基于水下破碎锤清礁现场试验数据，建立破碎锤冲击下岩体损伤数值计算模型，探究不同参数下的破碎锤破礁规律，并运用极差分析法分析破碎锤破礁的主控因素。结果表明：随着工作油压的增大，礁石破碎参数非线性增加，破碎体积线性增加；随着冲击频率的增大，礁石破碎参数值先增加后保持不变；随着礁石强度增加，礁石破碎参数值均减小；工作油压是破碎锤破礁效率的主控因素，其次是冲击频率，最后是礁石强度。     

大尺度散粒体周围水流的紊动特性

为探讨大尺度散粒体周围水流的紊动特性,采用高度Δ=5 cm的正方体、球体和四面体概化河床孤礁形态,基于声学多普勒测速仪测量明渠紊流的6组数据,研究脉动流速的统计特性以及紊动强度、雷诺应力和紊动能的分布特征。结果表明:大尺度散粒体周围水流脉动流速的统计参数与散粒体形态密切相关;标准差σ_u~+、峰度K_u的垂线分布较为均匀,σ_u~+沿程分布呈先增大后减小的变化趋势,散粒体上、下游各断面中垂线上的K_u总体大于3,多呈高狭峰,散粒体上游偏度S_k基本为负,下游S_k随水深的增大由正逐渐变为负; 3种散粒体周围水流的纵向紊动强度T_u~+的垂线分布较为均匀,沿程各断面的T_u~+随弗劳德数F_r的增大而增大;正方体的T_u~+总体最大,球体T_u~+次之,四面体T_u~+最小; 3种散粒体周围水流的雷诺应力R~+的垂线分布从近水面到槽底呈逐渐增大的趋势,紊动能E~+的垂线分布呈两端小、中间大的趋势; R~+、E~+在散粒体下游2Δ附近有最大值;大尺度散粒体的阻水面积与其对下游水流的影响强度及范围呈正相关。     

浅谈高频破碎锤清除水下礁石在航道整治工程中的应用

结合航道清礁工程案例,对渔业保护区等作业条件下水下礁石破除难题展开了分析,提出采用高频破碎锤施工技术整治航道礁石。结合工程施工条件编制科学施工方案,明确工艺流程和相关技术参数,从设备准备、测量定位、水下作业等方面把握高频破碎锤操作要点,能够成功将施工区全部礁石破除,确认不存在浅点,因此提出的技术方案可供同类工程参考。     

干船坞气控式卧倒门起浮过程流动分析

修造船坞中卧倒门起卧时的稳定性受水流动力的影响较大。基于RANS方程,利用RNG k-ε双方程紊流模型进行封闭,采用VOF方法跟踪自由水面,对干船坞气控式卧倒门的起浮过程进行了动网格模拟计算。综合考虑三种水位下坞门起卧时的流动特性,结合模型试验数据分析流场和紊动动能随坞门起浮时的变化,为坞门的动力特性分析和坞门设计提供依据。计算结果表明,伴随着顺时针和逆时针涡动结构的快速发展,紊动动能主要集中于铰座、前面板的上端和后门角三处附近水域。随着水位抬升,此三处的紊动动能亦呈现增大趋势,涡动的变化范围加大,尤其是水下运行阶段和关闭阶段,铰座处水域的门坑将受到最强烈的冲击。     

不同坝型丁坝坝体周围水流紊动特性试验研究*

通过水槽试验,结合理论分析,研究丁坝附近水流紊动强度沿水流方向、水深方向和横向的分布规律。绘制5种不同坝体结构形式其周围水流脉动动能和紊动强度的分布等值线图并分析分布规律,进一步探讨不同坝体挑角对丁坝附近水流紊动强度和脉动动能的影响。     

航道整治工程软体排压载体的水力特性

软体排是航道整治工程中的基础结构,其水力特性直接影响航道整治工程的护滩效果。通过建立水槽模型,研究软体排压载体附近流场结构、回流区长度、近底流速、紊动流场、切应力等水力特性。结果表明,设置软体排压载体后,近底流速和回流区流速减小,上层流速和水流纵向紊动强度增加,近底层的切应力则明显减小。压载体的设置有利于调节近底水流流态、促进泥沙落淤,提高工程边滩守护效果。     

望龙碛航道整治工程河段鱼类栖息地水动力指标分布

栖息地水动力环境对鱼类生存繁殖具有重要影响。针对长江上游望龙碛河段,采用三维水流数值模拟方法探讨航道整治工程对河段内胭脂鱼产卵栖息地水动力指标的影响。结果表明：河道各断面流速分布沿河宽呈“中间高、两边低”;工程后各断面适宜产卵流速区域向右偏移,且偏移量随流量增大而增加,最大偏移量60 m。涡量沿水深成层分布,总体呈“底层大、表层小”;工程后涡量较大值集中出现在工程区域附近及河道断面中部,涡量沿垂线分布变化明显,随着流量增大涡量变幅增加,最大变幅0.05 s-1;动能梯度沿水深分布与涡量相似,沿河宽方向动能梯度分布特征与深水区域分布表现出较强的相关性;流量增大后各断面动能梯度最大值增加。工程后形成的复杂水动力条件有利于鱼类生存繁殖。     

基于Flow-3D的新型半圆形构件水动力特性研究

生态丁坝是基于水工学和生态学的新型整治建筑物，不仅起到调控河道水位、维护边坡稳定的作用，还促进了生态修复。采用Flow-3D流体力学软件分析了新型半圆形构件的流速、紊动能等关键水动力要素。结果表明，基于Flow-3D数值模拟得到的水流流速拟合结果良好，采用该软件研究航道整治工程中复杂构件的水动力特性是可行的；新型半圆形构件内的横隔板将腔体分为上下两块区域，上方水流流速、紊动能明显大于下层，且下层流速、紊动能基本不受外界流速影响；构件上下层具有不同的生态效应，其水动力特性分别适宜于鱼类和底栖生物的生存。     

五台梁清礁工程整治效果分析

在三峡水库消落期和汛期河道恢复至天然状态时,五台梁礁石突出碍航,制约航道发展,亟需实施清礁整治。考虑近期航道建设和远期扩能提升需求,拟定了一次性整体切除清礁方案,并采用数值模拟方法对方案整治效果进行预测分析。结果显示:1)工程实施后,清礁区水深增大,过流能力增加。2)局部水流流态明显改善,水流趋于平顺,航道侧横流减至0.25 m s以下。3)4.5 m水深航道宽度在300 m以上,达到了预期整治目标,证明方案合理、整治效果符合预期。     

淹没阶梯形丁坝水流结构PIV试验研究

阶梯形丁坝在航道整治中应用广泛,但其水流结构研究仍不充分.基于PIV室内水槽试验,探讨阶梯形丁坝区无量纲纵向时均流速u+、紊动强度T+u、雷诺应力R+和紊动能E+的分布规律.结果表明:丁坝水流在纵剖面上可划分为顺流区、回流区和过渡区,丁坝内侧至一级丁坝坝头各剖面u+高速区位于坝顶上部,低速区和回流区位于坝顶下部;丁坝外...     

超临界雷诺数下桥墩紊流宽度的计算方法

桥墩紊流宽度的计算与水流雷诺数的范围关系较大,将影响到计算成果的合理性。结合山区河流超临界雷诺数条件,采用格子Boltzmann方法模拟桥墩三维紊流流场,并结合大涡模拟和运动边界处理方法,分析不同来流、河形等条件下的桥墩三维紊流宽度,由此建立了顺直河道和弯曲河道中圆型桥墩相对紊流宽度与弗劳德数之间的耦合关系。该研究成果通过四川邓家坝大桥航宽验算,与经验法及祖小勇算法比较,发现该方法得出的桥墩紊流宽度略小、其数值趋于合理。     

新时期长江口航道建设深化研究方向的探讨

长江口航道的建设与管理面临着河势背景深刻变化的新情况和生态优先等新要求.为了进一步提高航道的综合通过能力,分析近几十年来长江口河势的主要变化,归纳长江口深水航道的治理(设计)思路.基于对长江口在盐、淡水交汇和潮汐环境中的黏性细颗粒泥沙运动物理过程和航道回淤机理的认识,包括盐度和含沙量的层化、紊动抑制、悬沙斜压效应以及纵...     

船坞竖井闸阀输水廊道水力特性的数值模拟研究

近年来,竖井闸阀输水廊道已广泛应用于新建大型修造船坞中。结合某竖井闸阀输水廊道的模型试验,运用FLUENT软件对廊道的水力特性进行三维数值模拟,研究廊道中水流的流速、压强、湍流动能和湍流耗散率等参数的分布规律和输水廊道的安全性。通过对消能段湍流参数的分析发现,在进水井中水流形成的漩涡和水流与壁面的撞击是消耗水流动能主因。不同水位条件下廊道内水流压力的数值模拟结果与模型试验结果吻合性较好,进一步验证了数值模拟计算的可靠性和采用数值模拟方法辅助优化输水廊道设计的可行性。     

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。     

航道挖槽紊动特性试验研究

挖槽是河道治理的重要工程措施之一。以长江上游神背嘴右槽为原型进行挖槽概化模型设计，采用三维超声流速仪，系统地测量不同挖槽断面下水流紊动特性，并对时均流速、紊动强度等沿垂线分布进行分析计算，同时还对挖槽水流纵向、横向及垂向的紊动强度分布特点进行了比较。试验结果表明，在一定数值范围内，窄深型断面底部应力和紊动强度相对较大，在减少航槽回淤方面优于宽浅型断面。