Prandtl混合长紊流模型模拟丁坝绕流

<正>1 前言 丁坝绕流的模拟是检验紊流模型成功与否的最好算例.本文利用物理概念明确的Prandtl混合长紊流模型,采用三角元法,成功地模拟了紊动特性较强的丁坝绕流,说明Prandtl混合长紊流模型可以用于包含回流水域的水流计算.2 基本方程及数值计算方法2.1 基本方程 平面二维非恒定水流运动包含二阶紊动项的基本方程:     

弯曲分汊河道水流紊动特性研究

通过概化模型试验,结合理论分析,研究了弯曲分汉河道的水流紊动.给出了脉动动能分布的等值线图,详细阐述了紊动强度在汊道内的分布规律.进一步研究了弯曲分汉河道内存在边滩和洲头低滩时,对水流紊动强度分布的影响,深入探讨弯曲分汉河道的水流紊动.     

生态水利工程的河道规划设计

生态水利工程的河道规划设计是为了保护和修复河流生态系统,实现水资源的合理利用和生态环境的可持续发展。本文从技术要点和设计方向两个方面进行论述,分析了生态水利工程河道规划设计的重要性和实施方法,并总结出设计的关键要点。     

不同宽高比叶片对明渠水流影响的试验研究

采用宽高比尺寸1比20、1.5比13.3和2比10的矩形薄片模拟等面积不同几何形态的植物叶片.通过水槽试验对同一水流条件作用下三种叶片对水流的时均流速、紊动强度、雷诺应力的影响进行研究发现:宽高比越大的叶片对水位的影响越小;植物区同一水深的流速随植物宽高比的增大而减小;同一水深宽高比越大的叶片摆动频率越高,其紊动强度也越大;紊动强度、雷诺应力和时均流速的垂向分布类似都表现出了一定的相似性,说明矩形叶片水流紊动具有三维各向紊动同性,而且叶片宽高比的改变并不影响其紊动的各向同性;植物的存在时会使明渠糙率系数极大的增加.     

一种河道紊流三维数值模拟离散格式的应用探讨

通过引用气体动力学中的Osher格式计算控制体交界面通量,建立了一种基于有限体积法的河道紊流三维数学模型。该格式是对准确的非线性黎曼问题的近似解法,具有很好的守恒性、逆风性、单调性和高分辨率捕捉间断的能力,解决了河床变化剧烈处水流计算易发散的难题,在紊流模型的选取上,考虑到紊动能量和紊动尺度在水平方向和垂直方向上的差异,平面上采用大涡模型,垂向上采用k-ε模型。通过桥墩和丁坝局部水流实测资料校核模型模拟局部复杂水流结构的能力,模型计算得到的马蹄涡、回流结构及流速分布与实测基本一致。     

弯曲河道方形桥墩紊流宽度数值模拟

弯曲河道流态复杂,修建桥梁后桥墩对河道流场改变较大,对船舶航行安全非常不利。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、弯曲半径等条件下的方形桥墩三维紊流宽度,由此建立了相对紊流宽度与弗劳德数之间耦合关系。利用上述成果,以四川新西林大桥为例进行验算,并与长江航道规划设计研究院的研究成果比较。结果发现,该方法得出的桥墩紊流宽度略大,但数值趋于合理。     

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。     

河道三维水流数值模型及应用

天然河道水流、泥沙运动在空间上属三维问题,故提出一种三维明渠水流数学模型,将该模型应用到黄河贵德水文站下游某河段,模拟的流速、水位与实测资料吻合较好;流量沿程分布结果表明模型具有良好的物理量守恒性;给出的流速垂向分布、紊动能量等参数亦是合理的,为河道三维水流结构分析提供了依据。     

开口结构声辐射计算的虚拟边界法

计算薄壁开口结构声辐射问题时,一般采用以结构表面压力差作为变量的间接边界元法.当结构两表面的法向量不一致或者两表而振动速度不相等时,间接边界元法无法应用,只能采用直接边界元对结构的内外边界均进行离散求解.对于厚度较小的结构,内外表面均离散的直接边界元法会导致数值积分奇异的困难.针对上述不足,文章提出一种计算开口结构声辐射问题的虚拟边界法:在开口结构上人为地加上边界,使其成为一个或多个相互独立的封闭结构,对这样的封闭结构分内外声场分别建立方程,并利用虚拟边界上的压力和速度连续条件联立求解,从而避免了间接边界元和直接边界元法计算开口结构声辐射问题时存在的缺陷;同时采用文中的方法还可以同时得到声场中非物面边界上质点的振动速度和压力,这是常规边界元法无法做到的.数值算例表明文中的方法是正确可行的.     

河道挟沙水流特性研究进展

研究挟沙水流主要是认识水体中的泥沙运动规律，在研究的基础上将成果运用到实际的水利工程中。本文归纳总结了在不同的水力环境及河道条件下前人所得到的重要结论，分析了挟沙水流流速分布、紊动强度和阻力特性三方面的特征规律，集中论述了现今河道挟沙水流的研究进展。     

参数化单元边界元法解势流速度场问题

[目的]边界元法在海洋工程水动力学中有着广阔的应用前景,为推广边界元法在海洋工程水动力学中的应用,[方法]根据边界积分法建立积分方程,采用参数化单元边界元法对势流问题进行求解,得出流场速度势。对经典算例进行数值计算,与数学解析解比较,并进行误差分析。在二维问题下,分别采用非连续参数化单元和参数化单元边界元法求解势流速度场问题;在三维问题下,采用参数化单元边界元法求解势流速度场问题。[结果]结果显示,在二维问题下,采用非连续参数化单元边界元法求解势流问题具有较高的精度和效率,可以在采用较少单元数的情况下得到较为理想的数值解;在三维问题下采用参数化单元边界元法虽然计算速度较快,并可以得到较好的平均相对精度,但有些点误差较大,需要改进算法或使用其他单元进行求解。[结论]参数化单元边界元法在求解海洋工程势流问题时,数值计算实现过程更简洁,可发展成为求解船舶兴波等船舶水动力学问题的通用方法。     

河道堤防施工技术在水利工程中应用的分析

本研究旨在深入探讨河道堤防施工技术在水利工程中的应用,并分析其演进、分类、特点、成功案例及未来发展趋势。水利工程中的堤防施工技术对于洪水控制、水资源管理和生态保护具有关键意义。在研究中,我们首先回顾了河道堤防施工技术的历史演变,特别关注了近年来的关键发展趋势。其次,我们对不同类型的施工技术进行了分类和特点分析,以揭示其适用领域和优势。通过实际工程案例的介绍,我们展示了这些技术在现实工程中的应用情况,并讨论了其成功之处及其面临的挑战。最后,我们展望了未来水利工程中,河道堤防施工技术的发展趋势,包括数字化技术的广泛应用、可持续发展的强调、预防性维护和国际合作的重要性。这一研究旨在为水利工程领域的专业人士提供有价值的见解和指导,以更好地应对日益复杂的水资源管理和洪水控制挑战。     

边界元法几乎奇异积分计算方法及其在螺旋桨性能预报中的应用

边界元法在奇点接近区域进行影响系数计算时,高斯积分法存在几乎奇异积分,易产生误差,影响数值模拟精度.针对这一问题,采用一种四边形单元上的积分转换为4个三角形分别积分再求和的方法,解析地求得影响系数积分,实现了几乎奇异积分的精确计算.将该方法应用于螺旋桨水动力性能预报,计算了螺旋桨敞水性能和定常、非定常工况桨叶剖面压力分布,并与试验值及其他计算结果进行了比较,取得了较高的计算精度.数值算例表明文中所选用的方法是精确可靠的,对边界元法模拟三维绕流场几乎奇异积分的处理有参考价值.     

船体薄壁梁弯扭耦合振动的流固耦合分析

采用耦合有限元,边界元法计算水中船体的弯扭耦合振动.文中用一维薄壁梁有限元模拟船体梁,在横剖面处用二维边界元方法计算结构表面卢压,推导出表征流体对振动特性影响的附加质量阵,编制了用流同耦合方法求解船体振动模态的程序.通过与采用ANSYS软件进行耦合场分析以及刘易斯方法得到的振动模念相比较,验证了文中方法的可行性和应用性.     

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。     

三峡工程蓄水后河道型库区船舶避碰探析

三峡工程蓄水后，导致新川江河道型库区的船舶避碰环境因素发生了巨大变化，包括航道、水流、船舶种类与大小、通航密度等因素的变化。此文分析了库区船舶避碰环境因素的变化对船舶避碰产生的影响。提出了库区船舶避碰的应对方法。     

水利工程中排涝引水河道的整治

一直以来,河道治理工作都是水务工程中非常重要的一项建设内容。对河道进行治理,在促进城市经济发展、改善城市环境等方面都有非常重要的意义。基于此文中对水利工程中排涝引水河道的整治进行探讨。     

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。     

规则波中半潜式平台水动力的时域数值模拟

能在时域内准确求解三维波物相互作用问题的水动力对不规则波问题中的时域数值模拟具有很大的吸引力,为了研究应用时域理论对三维波物相互作用问题,采用基于Rankine源的边界元法计算每一时刻的流场,在自由面上采用积分格式的自由面条件(Integral-Form of Free-surface Boundary Condition,IFBC);在远方控制面上采用多次透射边界条件(Multi-Transmitting Formula,MTF).文中讨论了基本参数对浮体受力的影响,同时对截断圆柱和半潜式平台的水波绕射问题进行了时域模拟,并将数值结果与频域结果进行了比较.结果表明,采用文中方法得到的数值结果准确、稳定和高效.     

海上结构物周围波高的数值模拟

边界元法作为一种高效的数值方法,凭借其自身的优势,已经在土木工程和海洋工程等许多领域得到了广泛的应用.在对海上结构物的设计过程中,可以采用边界元法对同一结构物的不同设计方案进行数值模拟,对所得的计算结果进行比较、分析,根据工程的实际要求最终选择一个合理的结构型式.在波浪高度的模拟中,由于积分方程的准奇异性,直接计算往往产生很大的计算误差.本文应用单元细分方法解决了准奇异积分的问题,对物体周围的波高计算,可以得到高精度的计算结果.应用该方法本文计算了固定在水中的均匀直立圆柱周围的波高分布,与解析解吻合得很好,验证了计算程序的正确性.接着计算了不同截面型式圆柱周围的波高分布,比较了相同特征尺度、不同型式的柱状结构物对附近波高分布的影响.