湘江近尾洲二线船闸下游引航道口门区通航水流条件改善措施

湘江近尾洲枢纽二线船闸为升级改造工程,位置和轴线没有选择余地,下游引航道口门区的通航水流条件只能依靠优化开闸方式或修建导流墩来改善。采用1∶100定床正态河工物理模型试验,在充分认识常规开闸泄流方式下游引航道口门区水流条件的基础上,通过多种开闸泄流方式的组合试验以及导流墩布置数量、间距、角度等优化试验,提出常规开闸+边孔补流的泄流方式,或布设单墩长度20 m、走向与航线平行、间距20 m的3个导流墩,均可将通航流量提高到2 a一遇洪水标准。     

分散式布置枢纽引航道口门区水流条件优化措施*

分散式布置的通航水利枢纽引航道口门区水流流态主要受到与其相衔接的河道形态影响。以广西邕宁水利枢纽工程可行性研究阶段布置方案为例,对分散式布置枢纽上下游引航道口门区流态与主流的衔接关系和通航水流条件优化措施进行研究。通过在船闸口门区增设导流堤和合理开挖右岸滩地的方式解决邕宁枢纽上游引航道口门区回流较大的问题;通过合理调整下游左岸岸边开挖线,压缩下游回流区,解决因下游引航道口门区主流流向与船闸中心线夹角较大而造成的回流严重问题。使得上下游引航道口门区均具有良好的通航条件。     

湘江湘祁枢纽船闸下游引航道口门区通航水流条件影响及对策

湘江湘祁枢纽二线船闸是在已有建筑物岸侧增建的二线船闸,造成二线船闸引航道与主航道曲线连接。因一线船闸引航道的限制,且一线船闸与二线船闸轴距较短,使得拟建二线船闸上下游口门区及连接段通航水流条件较为复杂。因此,依托湘祁枢纽二线船闸扩建工程,采用1:100定床水流物理模型试验,分析双线船闸下游引航道口门区通航水流条件。对泄水闸开启方式优化、二线船闸下游引航道隔水堤优化、电站下游右岸大堤优化、电站出流口下游河道局部疏浚等系列措施开展试验研究,提出了改善通航水流条件的优化措施。     

船闸口门区不良流态改善措施

水利枢纽船闸上、下游引航道口门区的通航水流条件是制约枢纽通航能力的关键因素之一。基于船闸口门区不良流态的形成机理,结合口门区水流条件安全通航标准,阐述口门区不良流态的形成因素及改善措施,对枢纽口门区水流条件的研究进行展望。     

北江濛里枢纽上游引航道通航水流条件试验研究*

濛里枢纽原有航道等级偏低,不满足目前货运增长的要求,因此需要对原有船闸进行扩建来提高航运能力,将在一线船闸右岸新建二线船闸。为保证一、二线船闸口门区有利于通航的良好水流条件,建立了整体定床物理模型,研究引航道导墙长度及布置形式对口门区及引航道内水流条件的影响。模型试验结果表明,在所有修改方案中,修改方案Ⅱ（一、二线船闸分开布置,二线船闸外导墙375 m,堤头段开孔）较好,其一线船闸上引航道通航条件基本不变,二线船闸口门区通航水流条件较好,较好地改善了上游口门区及连接段的斜流、回流等不利流态。     

万安枢纽二线船闸上游通航水流条件优化试验研究

在原有船闸基础上扩建多线船闸时，须考虑新建船闸对已有船闸引航道及口门区通航水流条件的影响，如布置和运行控制不当，极易导致相关安全问题。建立1：100的万安枢纽及船闸引航道物理模型进行试验，研究万安二线船闸修建前、后上游口门区及停泊段通航水流条件，并结合试验结果及地形条件，提出引航道口门区优化布置方案。结果表明，原设计方案中，二线船闸建成后，其上引航道口门区及靠船墩在部分工况下水流条件不满足通航要求，且一线船闸上引航道口门区及靠船墩处的水流条件相对于二线船闸未建前变差；优化布置方案中，二线船闸上引航道口门区水流条件在各工况下均满足通航要求，一线船闸上引航道口门区及靠船墩处水流条件优于二线船闸未建前情形。     

泄水闸调度方式对凸岸船闸通航水流条件影响的试验研究

针对弯曲河段航运枢纽船闸上游口门区出现大范围回流漩涡、引航道存在斜向流等不良流态的工程问题,采用正态整体水工物理模型试验的方法,对泄水闸不同调度方式对凸岸船闸上游引航道及口门区通航水流条件的影响进行研究。结果表明:对于船闸建在凸岸的航运枢纽,泄水闸开启远端闸门的调度方式可有效减弱口门区回流尺度及引航道斜向流强度,以保证通航安全。     

排桩整流技术内涵及应用

针对船闸下游引航道口门区横向流速超标问题,分析多种导流建筑物削弱口门区回流的机理,提出运用排桩调整水流流态的技术,并将排桩的概念进行延拓,涵盖以往多种导流建筑形式。结合物理模型试验,将排桩技术运用于大藤峡枢纽船闸下游引航道口门区水流条件改善中。成果表明:采用LD为1.0的排桩整流能降低口门区回流流速。     

弯曲窄槽型河段多线船闸通航水流条件研究

当船闸下游引航道口门区位于河道的弯曲窄槽段时,由于河道水深较浅、通航水流条件非常复杂,不利于通航。依托京南枢纽二线船闸工程,采用1∶100整体物理模型,对弯曲窄槽型河段多线船闸通航水流条件开展系列试验研究。结果表明:1)原枢纽平面布置方案存在缺陷,下游引航道口门区水流条件易受弯道顶冲水流的影响,弯道处断面束窄导致流速较大。2)同时隔流堤高程太低,会引起水流翻过隔流堤产生混乱水流的现象。提出改进措施:1)上游隔流堤高程应加高至33.46 m,下游隔流堤高程应加高至32.58 m。2)推荐增设隔流墙、调顺岸线,同时开挖河床等。研究方案为京南枢纽二线船闸工程通航水流条件改善提供了技术支持。     

窄深河道急弯下游枢纽上引航道布置及通航水流条件试验

窄深急弯河道下游河道主流偏向凹岸下游一侧,下游已建枢纽在同侧布置引航道则存在上引航道占据河道过流面积较大、流速指标超标严重等问题。采用整体定床物理模型及船模试验,研究窄深河道急弯下游枢纽二线船闸上游引航道的布置及其通航水流条件。结果表明,受窄深河道枢纽上游急弯和长引航道分隔墙占据深泓的影响,设计方案中的船闸上引航道口门区通航水流条件较差,不能满足船舶安全航行要求。优化方案在原方案基础上设置堤头下挑单潜坝,优化右岸河段开挖范围及形式,改变隔流墙长度以及隔流墙透空等措施,较好地改善了口门区通航水流条件并兼顾枢纽的行洪和发电,实现船舶安全通航和枢纽正常运行。     

日调节非恒定流对筲箕背河段航道水流条件的影响

选取典型工况通过非恒定数学模型计算分析滩段水位、流量、流速、比降等因素变化特性,得到日调节对筲箕背河段水流条件的影响。结果显示,2种日调节工况下非恒定流传播至筲箕背河段水位变幅在1.01~1.37 m,非恒定流对下游航道水流条件和对研究河段内的控制河段及航道维护设施等产生一定的影响,并且日变幅4.5 m较日变幅3.0 m工况对航道水流条件等影响更大。分析结果为优化枢纽航运调度方案和航道维护措施提供支撑。     

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。     

多相流试验台管道上弯管内流场分析

利用ANSYS软件中FLOTRAN CFD对多相流的弯管处流体流场进行建模、划分网格、加载,分析得出流体流经弯管处的压力分布图和速度矢量分布图。探寻流体在流经弯管时速度和压力的变化,找出造成压力损失的主要原因,并找到管道内易损坏的部位,为多相流系统的设计提供合理的依据。     

贵港船闸灌、泄水非恒定流对通航水流条件影响的数值模拟研究

拟在贵港航运枢纽右侧增设二线船闸,但双线船闸灌泄水时引航道内非恒定流态水流十分复杂。采用体积控制法建立平面二维水动力数学模型,对贵港引航道内通航条件进行评价。对多个工况进行计算比较,结果表明双线船闸同时运行时最为不利,此时上下游引航道内最小水深均满足要求,但流速过大,对船舶系靠安全有一定影响。由计算结果可知,将泄水时间相对错开,可减小最大纵向流速。     

粘性流中二维水翼局部空泡流的数值模拟

基于粘流理论研究了二维水翼的局部空化。数值计算从完整的N-S方程出发,采用k-ε两方程湍流模型封闭Reynolds方程,作为基本控制方程,空泡流采用Rayleigh plessetmodel模型,计算了0°攻角时,不同航速对水翼局部空泡流的影响,同时也分析了水翼的绕流场,并把计算结果与已发表的试验结论做了比较。结果表明,本文的计算方法具有较好的计算精度。     

水面滑行艇的流场与流噪声数值计算与研究

水面滑行艇受到附近的水流场的影响较大,航行过程中的阻力大小关系到水面滑行艇动力控制。如何提高滑行艇的推进效率及航行速率是研究动力系统的重要领域,其关键是通过数值模拟建立附近的水流场模型;同时,流噪声影响滑行艇的声波传输,使携带的武器装备性能降低,需要过滤流噪声数据。本文研究了水面滑行艇水流场及流噪声数学模型,结合RNG k-ε方程分析了流场及流噪声数值变换,最后对水面滑行艇流场及流噪声进行数值计算并分析结果。     

潜艇通海阀内流场仿真与优化设计

采用CFD方法研究某新型直角通海阀的内部流场特性,并基于模拟结果,采用三种措施对阀门流道进行优化设计。经优化后,不同流量下进水工况的总压损失减小了14.5%~23.46%,出水工况的总压损失减小了24.6%~29.6%。根据JB/T 5296-1991进行的流阻试验发现,通海阀进出口压差的试验值与计算值误差不超过12%,验证了数值计算的可靠性。     

无壁面参数低雷诺数桩群阻力计算研究

桩群阻力的理论研究水平等,对于单桩绕流阻力特性尚未彻底研究清楚,而群桩有着不同于单桩的独特力学特性,其影响因素众多,关系错综复杂,所以寻求桩群阻力简化计算方法成为该领域内的一种主流。借助于循环水槽物理模型试验数据结果建立无壁面参数边界层模型,用于计算低雷诺数桩群绕流阻力,该模型的显著特点是工程实用性强,由于不考虑壁面参数,即简化了计算过程,同时计算结果也令人满意,计算值与实测数据的最大误差低于10%。     

不同工况下巨型沉井水流力及流场研究

水流经过沉井时,由于沉井对过水断面的压缩造成沉井周围流场的变化。为了探索不同流速、流向和水深工况下沉井受力变化,在模型试验与CFD数值模拟的基础上,采用控制变量法对沉井在着床、浮运过程中的流场变化规律进行研究;针对规范公式对大型结构计算存在的不足,提出对侧压缩系数进行修正。计算结果表明：随着流速的增加,水流力与流速呈抛物线分布;随着水流流向角的增加,沉井受到的纵向和横向水流力同时呈现增加的态势;在沉井逐渐抬升的过程中,水流呈先增加后减小的趋势,当沉井底部与河床相距超过10m后,沉井所受水流力将不受水深影响而保持稳定。     

潜艇通海阀内流场仿真与优化设计

采用 CFD方法研究某新型直角通海阀的内部流场特性,并基于模拟结果,采用三种措施对阀门流道进行优化设计。经优化后,不同流量下进水工况的总压损失减小了14.5%~23.46%,出水工况的总压损失减小了24.6%~29.6%。根据 JB/T 5296-1991进行的流阻试验发现,通海阀进出口压差的试验值与计算值误差不超过12%,验证了数值计算的可靠性。