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。     

微通道单相气体流动特性影响分析

对空气在当量直径0.5 mm和1.0 mm微通道中的流动特性进行数值仿真研究与分析。分析结果表明,微通道在平均马赫数0.15左右就必须考虑可压缩性影响。微通道在Re为1 380左右即发生提前转捩现象,提前转捩和可压缩性都将使沿程阻力增加。微通道受进口段影响,压强降较大,但微通道层流进口段长度和湍流进口段长度均小于常规通道。     

导流墩改善口门区水流条件机理研究

船闸引航道口门区是船舶进出船闸的＂咽喉＂,受特殊边界条件的影响,该区域内产生有斜流、横流及回流等不良流态,对船舶安全航行造成很大影响。文中从理论上分析了口门区内不良流态对船舶航行的影响关系及导流墩削弱口门区内斜流和回流、改善通航水流条件的机理。结果表明,导流墩或导流墩与其他工程措施的结合应用是改善口门区水流条件的有效工程措施。     

石质急流滩碍航水流的形成条件与碍航流态分析

分析了石质急流滩形成的原因和碍航水流时形成条件，较为详细地论述了急流滩的主要流态与水力特性。以及各种流态对船舶航行的影响。     

引江济淮五老堰跌水工程汇流口通航水流条件及改善措施*

基于VOF法的RNG k-ε双方程紊流数学模型,对引江济淮工程五老堰跌水工程水力特性及下游通航水流流态进行三维数值模拟,研究汇流口通航区域横向流速及流态特征,分析原设计方案汇流口通航水流条件不满足规范要求的原因,并通过跌水工程后退、减小汇流角度和优化翼墙与干渠连接弧度等措施对原设计方案进行调整优化。结果表明,优化后的工程方案汇流口区域横向流速与回流流速均满足设计要求,5和20 a一遇通航工况最大回流流速分别为0.10和0.16 m/s,最大横向流速分别为0.13和0.27 m/s,可作为推荐方案。     

蚌埠闸鱼道池室水力特性数值模拟

通过建立三维紊流数学模型,对隔板布置形式下的蚌埠闸鱼道池室水力特性进行计算,研究池室和休息池的水流流态、流速以及竖缝最大流速。特别针对典型池室和休息池上、中、下3个水层,20个横断面,920个测点。并对其中140个测点的横向、纵向和垂向流速进行了精细化分析。还研究了池室坡度对池室水力特性的影响。研究结果表明：1）鱼道池室和休息池上、中、下3个水层的流速、流态基本一致,水层越偏下主流流速相对越高;2）池室水流垂向流速很小,水流整体呈现二维特征;3）休息池主流流速与池室主流流速相当（平均值仅低3.5%）,但低流速区面积显著增大（54%）;4）池室坡度由1:100变缓至1:140,竖缝最大流速降低了16.9%;5）蚌埠闸鱼道池室坡度选为1:100~1:120可满足鱼类上溯需求。     

湘江株洲航电枢纽二线船闸建设对一线船闸通航条件影响研究*

采用正态物理模型研究湘江株洲航电枢纽扩建二线船闸工程对一线船闸通航条件的影响。分析工程前一线船闸通航水流条件,二线船闸建设对原有边界条件的改变,工程后一线船闸上下游引航道口门区及连接段航道的横、纵向流速等水力参数变化规律,以及口门区现有导流建筑物对新建工程的适应性等。结果表明,二线船闸建设使得一线船闸通航水流条件稍有恶化,但水流条件的改变对船舶航行条件影响不大,工程前后船舶进出一线船闸的航行条件基本一致。     

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。     

基于动网格技术对银盘船闸阀门段体型优化动态仿真研究

采用动网格技术和VOF方法对乌江银盘船闸阀门开启过程进行非恒定流三维紊流数值模拟,采用1min开阀方式分析阀门段水流急变分离的流态和压力的时空演化规律及出现空化空蚀的危险区域和时刻,并对阀门段体型进行了比较优化,最终确定了推荐方案。     

已建桥梁通航水流条件改善措施研究

采用水流数学模型研究方法,针对北江油金大桥桥区通航问题,首先对桥区现状通航水流条件进行了分析,揭示了桥区碍航原因为桥轴上游直线航道段长度不足、横流大。通过"改变航道走向、疏浚增加水深、筑坝调整流态"等治理措施,改善了桥区通航水流条件,理论上解决了油金大桥通航难题,为解决类似桥区的通航问题提供了参考。     

桥墩周围紊流区宽度研究

通过数值模拟的研究方法,就桥墩附近的紊流区宽度展开了研究,利用圆柱绕流的研究成果,使用紊流理论,借助大型流场分析计算软件FLUENT,对桥墩周围水流流场进行模拟,分析计算了单圆柱桥墩和双圆柱桥墩群在不同水流条件下周围的紊流区宽度,得到一些有意义的结果.     

中高水头船闸改扩建工程坝下消能区土石围堰水力计算方法

中高水头船闸改造扩建工程中坝下消能区水流流态复杂,对枢纽发电泄洪时土石围堰附近水流脉动压力、冲击压力等与围堰安全稳定性密切相关的参数有较大影响。重点分析围堰布置形式及其附近水流流态对其抗滑、抗倾覆性能的影响,提出脉动压力及力偶水力计算方法。通过该方法在富春江船闸扩建改造工程围堰安全稳定性研究中的应用,分析沉箱组合过水围堰的脉动压力、冲击压力的变化特性,明确围堰抗滑、抗倾覆性能。     

兴宁市石壁水库溢洪道水工模型试验研究

针对溢洪道出闸水流在中墩墩尾形成局部水面凹陷、水翅现象以及消力池与海漫段消能存在的问题,通过模型试验进行体型优化,提出了不良流态的改进措施,运用辅助消能工改善了溢洪道运行流态,妥善地解决了溢洪道泄流与下游河道水流衔接的问题,取得了较为理想的成果,为工程设计提供参考。     

稳态工况下窄矩形通道内单相流体的传热特性研究

为了研究窄矩形通道内单相流体的传热特性,搭建了窄矩形通道的热工水力实验装置,通过稳态单相流体的实验数据对窄矩形通道内的努赛尔数进行了计算,结果发现随着雷诺数的增加,努赛尔数的变化规律分为层流区、转捩区、湍流区三个区域;同时在层流区和湍流区Sieder-Tate关系式和Gnielinski关系式能够比较好的预测窄矩形通道内的努赛尔数。     

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。     

丁坝绕流问题的紊流数学模型

本文应用水深平均k-e紊流模型,采用SIMPLEC计算方法,成功地模拟了丁坝绕流问题,并与相应的试验资料作了比较,计算结果表明该方法适用于模拟有回流存在的复杂水流。同时还探讨了模型中主要参数对回流长度的影响,并对其灵敏度作了分析计算,对参数作了修正,使计算所得的回流长度与实测值更吻合。     

超临界燃煤电站取水泵站流道内流态及整流措施试验研究

文章通过印尼芝拉扎超临界燃煤电站取海水泵站的水工模型试验研究,研究了大型取水泵站前池及进水流道的流态,分析了产生不良流态和有害漩涡的原因,提出了改善进水流道水流流态及消除进水流道内有害漩涡的措施,如斜置胸墙及整流墩等。采取治理措施后各工况条件下,流道内水流均匀,无有害漩涡产生,机组运行平稳,从而提高了泵站效率和保持安全经济运行,为类似工程提供参考。     

大型波流水槽整流区间长度的优化研究（英文）

本文利用OpenFOAM程序基于物理水槽结构设计建立了波浪-水流水槽模型。由于造流出口位于造波推板正前方的水槽底部，在造流出口的下游存在一个波浪-水流相互作用的整流区间，直到波浪-水流场趋于稳定。本文的主要目的是研究各主要影响参数对于整流区间长度的影响，通过结构参数的优化获得最小整流区间长度，以使有效试验段达到最大化。计算分析了波浪-水流场在水槽中各个位置处的时间平均水平速度的垂向分布，并将平均速度与试验段稳定值的偏差为10%的位置点作为整流区间与试验段的分界点。基于数值模拟结果，确定了最优的水流出口角度、水流出口宽度及其与造波推板的距离，同时研究了工作水深、波浪周期和波高以及水流速度对于整流区间长度的影响。     

多线船闸下游引航道通航水流条件及改善方案研究

多线船闸下游引航道内反向水头过大引起的船闸安全问题引人关注。以江苏刘老涧三线船闸为例,建立了非结构网格下的平面二维水动力数学模型,计算了下游引航道在二、三线船闸不同泄水条件下的水流流态及一线船闸闸门处的反向水头。采用开挖隔堤的工程措施以缓解反向水头过大的问题,计算分析了不同下闸首至开口段长度、开口段长度和开口段底高程下的最大反向水头及最大横向流速特征值变化规律,为改善多线船闸下游引航道水流流态提供参考。     

顺直分汊河段洲尾船闸的口门区三维流态数值模拟

顺直分汊河段汇流区水流情况较为复杂，将船闸口门区布置在汇流口河中水流掺混区，存在水流流态紊乱等碍航问题，不利于船闸的通航安全。为充分认识洲尾船闸口门区水流流态特性，采用Mike 3FM模块三维水流数值模拟技术，针对沅水下游已建桃源枢纽船闸口门区的三维水流流态进行研究，得到了分汊河道洲尾船闸口门区中洪水期下泄水流平面流态分布特性，交汇水流的主流带、掺混区及动力轴线的规律等，为分汊河段河中布置新建船闸以及旧有船闸的设计和升级改造提供了相关理论基础。