从河床糙率分析看山区河流的水流特征

山区河流航道整治技术中河床糙率确定最为困难,本文通过对山区河流特征和糙率计算提出一些看法,以进一步丰富对山区河流航道整治技术的认识.     

虚糙率的成因分析

在实际工程中，采用能量方程反求河道糙率时，常常会出现为虚数（或负数）的情况。本文就由此出发，根据其反求原理－伯努利方程来分析虚糙率的形成原因，分析认为，由于河床形态上的突变，使计算采用的过水面积有了非真实性，从而造成了流速水头前能量系数α假定为１的非真实性，这就是形成虚糙率的主要原因，并提出了处理虚糙率的几点建议。     

分汊河道水力计算的联解法

本文使用联解方法,计算分汊河道分流口和汇流口的水位以及各汊河的分流量。在已知上、下游水位边界、河床断面间距和水深以及有关糙率系数的数值后,任意假定合理的初始条件,经过逊松驰迭代都可得同样正确的计算结果,文中举出两个例子作为佐证。本法使用水位控制计算流量,可供工程上计算使用。分点输入断面数据并考虑滩、槽不同糙率系数的方法也较按近实际。     

基于CFD前处理软件的潜艇加速度系数势流计算方法

采用CFD前处理软件和势流计算相结合的方法,解决潜艇设计中的加速度系数计算问题,对传统方法进行合理改进和优化,提高了工作效率。为检验该方法计算精度,文中计算了3种艇型模型,计算结果用模型试验验证。结果表明,此方法可以有效克服传统面元处理方法对潜艇复杂局部结构几何描述能力不足的缺陷,提高了计算精度。     

山区河流非溢洪船闸上闸门顶高程确定

对于山区河流上的中低水头渠化枢纽，采用枢纽上游校核高水位加超高确定的非溢洪船闸的上闸门顶高程明显偏高。对中低水头渠化枢纽的特点、开发任务、水库运行方式和枢纽的挡水时段进行分析，通过对不同因素下确定的高程对船闸使用及建设标准的影响分析，提出在确定山区河流中低水头渠化枢纽中非溢洪船闸上闸门顶高程时，宜合理降低基础水位；结合工程实例分析，采取工程附近城市的防洪标准中相应的水位是较为适宜的。     

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。     

大型倒虹吸进、出口渐变段水头损失系数的试验研究

通过对倒虹吸模型试验的研究,采用试验、分析、回归计算得到了大型倒虹吸进、出口渐变段水头损失系数,填补了现有文献资料的空白。     

焊接温度场中复合换热系数的分析

在焊接温度场的模拟中,换热系数与焊件的冷却过程密切相关.根据传热学的相似理论,计算随时间变化的对流和辐射系数,将其转换为复合换热系数,实时地加入到温度场的计算过程中去,模拟得到焊件在空气中自然冷却时的温度场.与采用恒定换热系数得到的结果比较,文中提出的确定和施加换热系数的方法更为合理.     

山区码头桩基冲刷研究

山区河流水位涨跌迅猛，码头桩基区域出现复杂绕流现象，受涡流运动的影响桩周区域基床随之发生冲刷，进而形成尺寸不一的局部冲刷坑，导致桩基入土深度减小、悬臂端长度增大。本文采用了5种计算公式对某山区码头桩基最大冲刷深度进行计算，结合试验数据发现本工程山区河流环境下桩基局部冲刷坑最大深度的预测采用65-1式可行。     

糙渗系数不同的复合式斜坡堤波浪爬高计算

斜坡式海堤在正向规则波作用下的波浪爬高可按单一坡度进行计算,计算出累计频率为1%的爬高,在通过换算系数KF进行换算,得出不同累积频率的波浪爬高,从而确定斜坡堤堤顶高程。对带有平台的复合式斜坡堤的波浪爬高计算,可先确定该断面的折算坡度系数me,再按坡度系数为me的单坡断面确定其爬高。在实际工程中,带有平台的复合式斜坡堤上坡和下坡为不同护面结构,不同护面结构的糙渗系数不同,规范中公式不再适用,通过多种不同方式进行计算比对,得出较为合理的综合糙渗系数K?e进行波浪爬高计算,实现确定堤顶高程的目的。     

粗糙床面水流运动特性试验与建模研究

山区河流的大尺度粗糙床面对水流运动特性的影响是航道整治工程中的重要问题。文章基于模型试验研究,并结合CFD计算分析的方法,研究了不同摆放密度的混凝土立方块体对有限水深流动的自由液面波动、纵向流速分布以及纵向水头损失的影响。在此基础上,文章根据水流阻力的影响因素,对传统经验公式开展了相关修正,并采用非线性多元回归法对经验修正系数进行了回归分析。研究结论表明:文章所提出的经验公式具有更加普遍的适用性,且经验公式的预测结果与试验和CFD计算结果相一致,对于航道整治工程具有重要参考价值。     

大水位变幅下省水船闸水位分级研究*

省水船闸通过把总水头进行分级,减小每级工作水头,除节省船闸用水量外,还有利于解决高水头船闸的水力学问题,对我国西部山区河流船闸建设具有很好的适应性。在分析省水船闸运行原理的基础上,研究了理论省水率的计算方法及其随省水池级数、面积的变化规律,总结分析了影响省水船闸水位分级的主要因素。以广西右江百色水利枢纽通航船闸为依托工程,针对船闸上游水位变幅大、设计水头高、工程布置条件及运行方式复杂等特点,计算省水运行时剩余水头的变化规律。从运行水位、省水池级数和面积等方面,提出了省水池布置参数及大水位变幅下的省水船闸水位分级方式,进一步模拟计算不同运行方式下的船闸输水水力指标,论证了水位分级的科学性与合理性。     

山区河流航电枢纽最大通航流量研究

针对山区河流航电枢纽建设后实际最大通航流量无法满足规范要求的问题,对山区河流航电枢纽布置后的最大通航流量进行研究。依托东风岩航电枢纽,采用物理模型试验等方法,结合东风岩枢纽通航水流条件模型试验和船模试验分析船闸上、下引航道口门区及连接段水流条件和通航条件,从而对东风岩航电枢纽安全通行的最大通航流量提出建议,并提出山区河流中低水头航电枢纽最大通航流量不应低于天然情况下该河段的禁航流量等结论。该研究成果可为山区河流中低水头航电枢纽最大通航流量的确定提供借鉴。     

水流作用力垂向变化对块体抛放影响的综合研究

考虑块体在水体中的相对位置,综合研究了不同水深区域内水流作用力系数的变化关系。在自由水表面和河床壁面附近区域,应分别考虑水表面波动和边界层对垂线流速分布的影响,由平均流速计算得出的拖曳力系数与相对位置基本呈递增关系,而上举力系数递减;介于上述区域之间时,近似认为拖曳力系数和上举力系数不随相对位置变化。因此,在受力分析以计算石块或沙袋的抛掷位移时,应考虑水流流动作用力垂向不断变化的特点。     

近水面单体升沉运动有限元研究与分析

采用有限元方法对近水单体在作升沉运动时的水动力系数进行分析和计算.用Fortran语言编制程序,求解速度势,得到该运动状态下的附加质量和阻尼系数的数值解.在划分单元时,取八结点等参单元,在域内使用伽辽金加权余量法,具体积分时采用Gauss数值积分.分别计算了二维圆柱和方柱的水动力系数,并对二维方柱进行分析.     

乌江彭水通航建筑物形式及运行方式研究

乌江彭水河段属于典型的峡谷型山区河流,航道条件复杂,加之梯级开发水头较高,因而通航建筑物的选型及合理布置是解决船舶安全过坝以及满足通过能力要求的关键技术之一。综合分析国内类似峡谷河流水利枢纽,提出"船闸+中间渠道+升船机"方案,较好地解决了彭水通航建筑物选型和布设上的困难。通过多次实船试航试验和专题研究,对船闸及升船机建设标准偏低以及下游引航道水面波动使升船机对接困难等问题进行探讨,提出优化联合调度运行方式以及科学管理和延长下游引航道导墙长度等多种治理方案建议,供管理部门决策参考。     

山区河流直立式框架码头结构动力特性分析

山区河流上的码头不仅要满足码头的基本功能要求,还要适应大水位差的变化,同时还要抵抗频发的地震作用。因此,山区河流河直立式框架码头与平原河流上的码头在结构上有所不同;山区河流直立式框架码头结构受力复杂,其中地震、船舶撞击等动荷载对该类码头结构稳定性产生重要影响。文中结合宜宾港直立式框架码头结构的特点,通过对该框架码头结构的动力特性进行了数值模拟分析,计算得到该结构动力特性如：固有频率和振型,并通过分析各阶模态下结构的振型、频率与结构各方向的刚度关系,为码头结构抗震特性分析及结构动态特性的优化设计提供依据。数值分析与工程实践表明该结构经济安全,可推广应用于其他类似的工程。     

运梁船局部强度直接计算方法研究

为便于水上桥梁施工,运输桥梁预制梁片的运梁船得到了广泛的应用。运梁时,梁片的重量载荷通过工字钢传递给船体,船体受到的局部集中载荷较大,船体结构受力过程复杂。文中采用有限元计算软件MSC.Patran/MSC.Nastran对船体结构局部强度进行直接计算,并将计算结果与许用应力值进行比较,证明构件强度满足使用要求,此方法适用于运梁船局部强度的校核。     

船闸工作水头统计分析及有关问题的探讨

根据葛洲坝和大源渡枢纽船闸多年的上、下游水位资料,对葛洲坝枢纽船闸的工作水头进行统计分析.分析表明:葛洲坝和大源渡枢纽船闸工作水头均值分别是设计水头值的80%～87%以及70%～79%,由此结论进一步对船闸输水系统设计时水头的选取、船闸的通过能力计算等问题进行探讨,提出了采用某一保证率的水头作为输水系统的设计水头及将修正系数引入船闸通过能力的计算公式等观点,可供船闸工程设计及规范的修订参考.     

起重船基座局部强度直接计算方法研究

起重船专供水上作业起吊重物用,在水上工程施工和船舶货物、重件起重等方面得到了广泛的应用。作业时受到的局部集中载荷较大,船体结构受力过程复杂。吊机基座及船体结构局部强度对安全影响较大。文中采用有限元计算软件MSC.Patran/MSC.Nastran对基座及船体结构局部强度进行直接计算,并将计算结果与许用应力值进行比较,证明构件强度满足使用要求,此方法适用于吊机基座局部强度的校核。