桥墩紊流宽度的试验研究

由于我国现行的《内河通航标准》(GB50139-2004)中,没有桥墩紊流宽度的计算方法,桥梁设计人员为了保证船舶航行安全,通常将桥梁跨度加大,这样既增加了结构设计的难度,又增加了工程的投资。通过水槽定床和动床试验,分析了行近流速、行近水深、来流角度、桥墩尺寸、桥墩墩型、桥墩冲刷等因素对桥墩紊流宽度的影响,利用量纲分析法对实测数据进行整理,推导出了桥墩紊流宽度的计算公式。     

水深对沙波紊流特性影响的数值分析

运用FLUENT软件雷诺应力紊流模型(RSM)及SIMPLEC算法,对不同水深下沙波紊流特性进行数值模拟分析,模拟结果与实测结果吻合良好。在此基础上对4种不同相对水深下纵、垂向流速、压强及雷诺切应力分布规律进行研究。研究结果表明:相对水深较大时紊流特性受沙波地形影响较小,只有近底水体受沙波作用;相对水深较小时整个水体都会受到影响。在沙波尺度不变的条件下,紊流强度一般随水深的增加而减小,不同位置处的沙波紊流特性受水深影响程度及变化规律均不同。最大压强水平位置受水深影响的变化规律与再附点基本一致,可将最大压强作为再附点位置的判断依据。     

不规则波作用下涵洞式直立堤涵洞顶部上托力压强值研究

采用不规则波作用下涵洞式直立堤波浪断面物理模型试验,重点研究波陡(H/L)、相对水深(d/H)、相对板宽(B/L)、涵洞的相对入水深度(t/d)对涵洞顶部上托力压强值的影响及其变化规律.通过试验数据分析,对过达公式进行修正,得出涵洞顶部波浪上托力最大相对压强计算经验公式.     

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。     

不规则波作用下潜堤透射系数的计算方法及统计分布

通过物理模型试验的方法,研究了不规则波作用下抛石潜堤的透射系数及堤后稳定波高的统计分布。潜堤采用梯形断面形式。通过因次分析,得出影响潜堤透射系数的因子为相对浸没深度(a/H)、相对宽度(B/H)、波陡(H/L)、相对水深(d/H)。根据物理模型试验的结果,得出潜堤前后的稳定波高及潜堤透射系数与主要影响因子的变化规律。其中影响潜堤透射系数最主要的因子为相对浸没深度(a/H)、相对宽度(B/H)。借助MATLAB数学软件平台,将数据进行回归分析,得出不规则波作用下潜堤透射系数的经验公式。最后,得出不规则波作用下潜堤后稳定波高的统计分布。     

涵洞式直立堤透浪特性研究

分析总结国内外透空式防波堤的研究成果基础上,讨论了涵洞式直立堤透浪系数的影响因素。通过不规则波作 用下涵洞式直立堤断面波浪模型试验,分析了相对堤身入水深度（t/d）、相对防波堤宽度（B/Ls）、相对水深（d/Hs）、波 陡（Hs/Ls）、相对胸墙高度（Δ/Hs）对透浪系数的影响。通过与Wiegel公式的对比找出误差原因,并针对相对堤身入水深 度（t/d）、相对防波堤宽度（B/Ls）、波陡（Hs/Ls）这3个要素在Wiegel公式的基础上拟合新的透浪系数公式,并将拟合公 式计算的透浪系数与试验值进行比较验证。研究成果对涵洞式直立堤的理论研究和工程设计具有较高的参考价值。     

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。     

■型浮箱式防波堤消浪特性试验研究

通过波浪水槽断面物理模型试验,研究了"■"型浮箱在规则波作用下,透射系数与相对水深、相对宽度、相对入水深度、波陡、锚链夹角和锚链拖地长度等影响因素的变化规律。结果表明:"■"型浮箱的透射系数受相对宽度的影响最大,透射系数随着相对宽度的增加而减小,当相对宽度大于0.35时,透射系数不超过0.5,当相对宽度达到0.5左右时,透射系数降低至0.23~0.38之间;与矩形浮箱相比,除反射波能外,"■"型浮箱对波能也有一定的耗散和阻挡作用,其消浪效果要优于矩形浮箱。     

大型钢围堰设置对航道水流条件影响

为确保桥梁施工期间桥区通航安全,分析大型钢围堰设置对航道水流条件带来的影响。以重庆某大桥钢围堰设置为例,以流体质量守恒方程和雷诺时均方程为理论基础,基于Fluent有限元软件采用二阶迎风算法和格林梯度法,数值模拟钢围堰设置河段桥梁轴线方向和垂直桥梁轴线方向的断面流速。通过钢围堰设置前后各断面流速变化的比较与分析,得出钢围堰设置对航道水流条件产生的影响。研究结论表明：1）在垂直桥梁轴线方向上,从钢围堰前端起沿水流方向0.4Bs～3.3Bs（Bs为钢围堰的宽度）处流速增量最为明显。2）在桥梁轴线方向上A区域断面水流流速剧增且钢围堰设置造成的紊流对水流影响的宽度约为3.7Bs。3）钢围堰尾部形成了约1.3倍钢围堰长、1.5倍钢围堰宽的涡街。4）分析得出的钢围堰设置期间航道水流条件变化特征对维护航道通航安全有重要意义。     

光滑壁面明槽紊流的特性

本文从理论上分析了明槽紊流存在分区结构,给出适用于各区的时均流速分布公式,进一步利用一维激光测速仪对沿流向的流速值息进行量测,用实测的断面时均流速分布验证了分区的必要性和合理性.(?)果表明常用的流速对数分布律仅适用于y/H<0.2的内区.Karman常数定为0.4较合理;积分常数A与水力条件和壁面情况有关.作者对沿流向的紊动强度进行了分析,认为从紊动强度沿断面的分布可更清楚说明明槽紊流复杂的分区结构.     

LPG发动机缸内Nox分布及其排放的预测研究

借助CFD软件Star-CD,将基于β函数的概率密度函数方法应用于描述LPG发动机缸内不同区域的温度来模拟NOx的生成,同时考虑了缸内湍流场中组份和温度场的脉动。给出了在火花点火的燃烧方式下,LPG发动机在不同曲轴转角下缸内NOx的时空分布。计算和试验结果吻合良好。与其它PDF方法相比更趋理性,为研究和改善发动机的排放提供了参考。     

平板壁面湍流脉动压力及其波数-频率谱的大涡模拟计算分析研究

壁面湍流脉动压力是重要的流噪声声源,对壁面湍流脉动压力及其波数-频率谱进行数值计算是流声耦合领域的重要课题,开展相应的研究十分必要。文章采用大涡模拟方法（LES）结合动态亚格子涡模型（DSL）与千万量级的精细网格,对平板壁面湍流脉动压力及其波数-频率谱进行了数值计算,并与试验结果进行了对比分析,验证了数值计算方法的可靠性。首先,介绍了大涡模拟的物理内涵与基本方程,给出了所采用亚格子涡模型的表达式。其次,描述了Abraham试验中矩形试验段的几何特征,给出了网格的剖分形式,并给出了相应的离散求解数值方法以及边界条件的设置。再次,探讨了湍流脉动压力变化规律及其相似律,基于Fourier变换计算得到了湍流脉动压力波数-频率谱,并详细讨论了壁面湍流脉动压力及其波数-频率谱计算值与试验值之间的差异,进行了定量与定性的验证分析,结果表明,计算结果与试验结果吻合良好,计算方法合理可靠,为今后复杂几何模型壁面湍流脉动压力及其波数-频率谱的计算研究工作奠定了基础。最后,基于试验和计算结果,比较分析了常用波数-频率谱理论模型,为波数-频率谱的工程应用提供了参考。     

湍流对流动管道中声强测量的影响

实际声强测量大多是在流动环境条件下进行,因此湍流对声强测量的影响是人们十分关心的工程实用问题.文章结合声强和湍流边界层等相关领域的技术,对流动条件下的声强技术进行了研究分析,导出了由湍流边界层引起的声强的具体表达式.应用Corcos建立的湍流边界层脉动压力模型,对湍流边界层脉动压力诱导的声强进行了数值计算分析,分析了测量传感器间距、马赫数等对声强测量的影响.     

二维水翼非定常空泡流数值模拟

对非稳态空泡流现象的研究已成为当今一个研究重点。空泡非稳态脱落及其内部流动结构越来越受到研究人员的关注,但对其研究目前仍主要依靠实验手段。发展有效的数值模拟方法研究相关的机理具有重要的意义。本文从RANS方程入手,采用状态方程空化模型和计及可压缩性的SIMPLEC算法,实现了二维水翼CAV2003非定常空泡流动的数值模拟。研究了空泡从初生、发展、断裂,以及最终空泡在下游高压区溃灭的整个过程。计算表明,回射流并非完全液相的,而是汽液两相的。近壁面的回射流是导致空泡脱落的主要原因。最后,通过与第五届国际空泡会议上发表的7篇文献的对比,发现本文的计算结果是合理的。     

悬移质含沙量垂线分布

根据尼古拉兹实验结果拟合得到一个新的掺混长度表达式。将新掺混长度表达式与对数流速梯度相结合,得到动量传递系数的表达式。在此基础上假定泥沙紊动扩散系数与对应的动量传递系数相等,进而得到新的含沙量垂线分布公式。该公式与Rouse公式、van Rijn公式以及张瑞瑾公式相比,精度十分近似,有效地解决了Rouse公式表层含沙量为零,van Rijn公式分段表述结构不统一,以及张瑞瑾公式结构过于复杂的缺陷。利用多个海域实测资料对其进行验证,验证结果表明,新的含沙量垂线分布公式能够较客观地反映含沙量垂线分布规律。     

水深平均k—ε紊流模型在大尺度水域中的应用研究

本文利用Patanker求解紊动输运方程标准的SIMPLEC计算程式,对小尺度丁坝绕流进行了模拟计算,取得了与水槽试验一致的流速分布结果。为了探讨大尺度水域紊动量K、ε壁面边界条件的给定,本文将水槽看成是一种比尺模型,将水槽试验流速分布按重力相似和阻力相似准则延伸到大尺度水域,并以此研究k—ε模型模拟大尺度回流的置信水平。计算结果表明通过选择合适的紊动量壁面边界条件,该模型对大尺度回流计算也能取得较好的结果。     

机翼湍流尾流Tr-PIV测量分析

采用Tr-PIV(Time-resolved Particle Image Velocimetry)技术对机翼湍流尾流场的非定常现象进行了测量分析。试验获得了流场瞬时速度场的基本结构演化、流场的湍流强度分布、涡量场、雷诺应力场以及湍流空间相关系数;通过功率谱分析对速度场进行了相位分解,获取了相位平均下的湍流积分尺度。基于泰勒冻结假设及采用以时代空的方法获得了湍流时间积分尺度,同时直接采用速度场空间相关方法获得湍流空间积分尺度,并对二者作了比较分析,讨论了该假设的适用性。     

潜艇舱室内的火灾模拟及消防决策研究

目前研究火灾的模型由于不能很好地反映烟气的流动特性和温度场的分布,以及存在对非规则空间的局限性。采用GAMBIT对潜艇舱室非规则空间进行网格划分,运用N-S时均方程和双k-ε湍流模型对流场进行理论计算,结合燃烧化学反应为单步不可逆快速反应假设,对舱室内的火灾发展过程进行模拟。通过临界火灾发展和蔓延的临界时间制定消防决策。文章为潜艇的消防决策研究提供了一种实时可靠的研究方法。     

浅水立波底部附近悬沙含量的二维分布

本文应用卡门理论得到浅水立波紊动粘性系数的计算式,再由此求出浅水立渡底部附近悬沙含量的二维解答,与Hattori的半经验结果符合良好。     

泵站进水流道对泵性能影响的研究

水泵站是重要的水利设施之一,而进水流道是大型水泵装置的一个重要组成部分,是泵站前池和叶轮室之间的过渡段,承担着水泵进口流场的整流作用,使水流更好地转向和加速,尽量满足水泵叶轮室进口所要求的水力设计条件。采用三维定常RANS方程和重整化群RNG紊流模型对进水流道、水泵叶轮室的水体进行数值模拟计算,分析进水流道对水泵性能的影响。计算结果显示:不同类型的进水流道对水泵内部流场、叶片压力分布及水泵特性(功率、扬程、效率)等方面均有影响。