墩柱绕流水动力特性实验和大涡模拟研究

利用水槽实验对浅水环境中大直径墩柱绕流的三维水流结构进行研究,基于粒子图像测速技术(PIV)测量了墩柱周围瞬时流速分布;另外基本有限体积法建立不可压缩粘性流体三维运动数学模型,采用Smagorinsky-Lilly亚格子模型,对雷诺数为6 000墩柱绕流湍流结构进行大涡数值模拟(LES)。研究结果表明,数值模拟流速分布整体与实验吻合较好,墩柱绕流结构存在明显的垂向变化,近底约10%水深范围内脱涡结构受到床面抑制,卡门涡街发展不充分。对墩柱绕流三维水动力特性的研究将为墩桩冲刷分析和水流荷载计算提供依据。     

勾头长度对非淹没丁坝周围水流特性的影响

采用RNG k-ε紊流模型,数值模拟了丁坝周围水流的三维流动过程,分析不同长度勾头对丁坝周围水流结构和流速场的影响。计算结果表明,在勾头的影响下,勾头段出现横轴漩涡,远离坝头区域纵向流速减小,大流速向坝头集中,坝轴后方横流减弱,上下游最大水位差减小,影响效果随勾头长度的增加而增大。为深入探讨利用勾头改善丁坝周围通航水流条件奠定了基础。     

天津港大沽口港区三维潮流数值模拟

建立三维潮流数学模型,采用潮位以及分层流速流向实测资料对模型进行验证,对天津港大沽口港区东、北防波堤延伸方案的潮流分布进行模拟研究。结果表明,港区附近表层与0.6h水深处流速大小较为接近,底层流速明显较小,各层的流向较为一致;港区现状口门布置条件下,口门附近流速和横流相对较大;口门东、北防波堤延伸工程实施后,口门航道附近水流流态明显改善,横流流速也进一步减小;从水流条件考虑,该延伸方案是合适的。     

分汊河段江心洲尾斜流改善的水动力数值模拟

山区河流分汊河段江心洲尾因水流汇合产生斜流,从而出现碍航问题。为揭示江心洲尾斜流对航行安全的影响,在已有的沅水大洑潭航电枢纽物理和船舶模型试验基础上,采用MIKE 21分析航道治理工程前后汇流区的水动力特征和工程改善效果。结果表明:枯水期因右汊来流流速较大且与航线间存在夹角,导致汇流区航线横流超标;在洲尾布置平行于航线的顺坝或导流墩,虽然能有效减小横流影响,但航线横流分布范围增大,流速大小仍超标。结合调整航线、疏浚航道浅区和偏转顺坝与导流墩整体布置角度等多种工程措施,可保证洲尾后航行水流指标基本满足规范要求。     

三都澳二期航道建设对海域水动力环境影响的数值研究

应用MIKE21建立三都澳海域平面二维潮流模型,对三都澳深水航道建设前后三都澳海域内潮流场进行数值模拟研究。通过对三都澳海域连续实测海流数据与模拟结果进行比较,可以看出两者趋势基本符合,说明该模型能较精确地反映该海域工程前后的潮流场分布情况。计算结果表明:工程建设后流态特征与工程前相比没有大的改变,在航道区域,水流基本沿着航道走向,有利于船舶的前进,流态的改变主要集中在锚地区域。航道和锚地工程实施后,对周围流场影响较大,尤其是锚地工程,会造成周围流速普遍减小,但在航道进出口和锚地两侧流速会有所增加。整体而言,工程实施后横流较小,对船舶停靠影响较小。     

茅尾海航道开发潮流物理模型试验研究

茅尾海浅滩位于河流出口与潮水相互作用的区域,航道开发面临特殊的水流、泥沙问题。借助潮流物理模型试验,模拟整个茅尾海海域潮流情况,对开发航道方案流态、潮流场变化进行模型试验对比分析,对航道泥沙淤积问题进行计算分析。试验及分析结果表明:3个方案中,瓦泾江出口航道挖深最大,航道水流增加最大,淤积强度也最大,不利于航道维护;大榄江航道方案B利用深槽,挖深较小,水流变化也不大,但航道最大横流最大,不利于船舶航行安全。鉴于在河流出口与潮水作用浅滩开挖航道将面临落潮归槽水流影响、局部流速及淤积量增加较大、航道拐弯处横流太大影响船舶安全等问题,航道开发应尽量利用横流较小的深槽,可适当进行开挖。     

滨州港深水航道水动力数值模拟研究

利用数值模拟方法对滨州港拟建5万t级航道工程常态水动力情况进行研究,深入分析工程实施后最大流速、最大横流等,以掌握工程实施对周围海域的影响,也为其它相关研究提供支持。研究结果表明:方案的实施未改变大范围海域潮流运动规律,变化发生在工程附近海域;航道掩护段以内最大流速约1.13 m/s,掩护段以外最大流速约0.68 m/s;内航道段由于受两侧导堤约束,水体基本沿航道顺流,横流较弱,均在0.30 m/s以下,外航道最大横流0.46 m/s。     

佛面滩炸礁优化方案的数值模拟

涪陵—丰都河段内的佛面滩碍航礁石伸出江心,汛期产生强烈的横流,流态紊乱,船舶须过河上行,与下行航路交叉,威胁船舶航行安全。针对上述问题,拟通过炸除佛面滩部分礁石改善通航流态,实现船舶"各自靠右,分边航行"。建立佛面滩河段二维水流数学模型,通过模拟多级流量的流场,确定航行条件最差的最汹流量为2. 45万m~3/s;模拟计算最汹流量下8个炸深方案流场,通过比较各个炸深方案的流速、横向流速、流速横纵比、航行推阻比、单位炸深效比和流态,认为8 m炸深方案最优。     

长江上游小米滩丁坝坝根水毁成因及其防治

以小米滩丁坝为例,通过实地调研,并运用计算流体力学软件FLUENT对该坝周围的水流流场进行模拟分析,探求水毁原因。结果表明:长江上游丁坝坝根出现水毁现象的可能原因是河道地形对水流产生挑流作用从而影响坝根处流速,并提出丁坝选址时尽量避免水流冲刷区,采取坝根加固、将坝根嵌入岸坡等相应的坝根保护措施。     

库区连续急弯段的通航水流条件研究

根据水力学原理和弯道河床特性分析,并通过整体水工模型试验,研究库区连续急弯段的通航水流条件及其改善措施。针对急弯河段存在的水流集中、流速峰值大、涡流、螺旋流同时出现,水流条件不能满足通航要求的问题,研究提出了填潭、河道扩挖和切除凸嘴的综合整治措施,可以消除旋流、降低航道内流速峰值,从而改善通航水流条件,提升通航流量。     

唐山港丰南10万吨级航道工程设计

唐山港丰南10万吨级航道工程是在2万吨级航道基础上进行扩建。本航道所在水域,水流条件复杂,口门航行条件较差,航道设计难度大。通过对乘潮历时的分析及乘潮水位的选取,确定航道主尺度,提出合理的航道布置方案,结合船模试验进一步优化航道设计方案,并根据潮流数模试验,确定船舶通航窗口期。经论证,推荐平面方案1的布置形式,10万吨级船舶乘潮通过口门时,为高平潮时刻,口门流速较小,水流流态平稳,是最佳的通航时机,有利于船舶通航安全。大型船舶通过口门受横流影响较大或口门流态复杂时,乘潮航道应综合考虑高潮位与大横流的同步关系。     

黄骅港综合港区深水航道水动力数值模拟研究

采用数值模拟方法对黄骅港综合港区20万t级航道工程潮流动力进行研究,分析工程实施后最大流速、最大横流等,以掌握工程实施对周围海域的影响。研究结果表明:(1)方案的实施未改变大范围海域潮流运动规律,变化发生在工程附近海域;(2)综合港区深水航道内流速在-6 m口门附近出现最大值,为垂向平均0.86 m/s、表层0.92 m/s;整个航道内的流速值介于0.25~0.86 m/s之间(垂向平均);航道内最大横流位于航道向北转折段,另外-6 m口门附近横流也较大。     

感潮河段支流口门堤头结构形式研究

感潮河段支流口门引排水枢纽受用地条件限制常距江较近,口门区水流受主河道涨落潮牵制作用明显,水流流态复杂,极易造成口门区泥沙淤积、岸坡冲刷及引航道横流超标等工程问题。为此,设计出可以改善感潮河段支流口门流态的梯级堤头结构形式。物理模型试验结果表明:在涨潮引水情形下,主河道水流折冲转向入引河的夹角减小,水流更为平顺地进入河道,减小了水流对河岸的冲刷,同时减小了引航道口门横流流速;在落潮排水情形下,堤头上下两级平台间可供水流通过,减弱水流顶冲主河道的强度,使得堤头下游回流范围减小,有利于河势稳定。     

泻湖通道口门处新建码头工程对潮流场的影响研究

本文以海口港马村港区为研究对象,通过物理模型试验的手段,分析研究在花场湾泻湖通道口门外通过回填陆域形成码头的方案建设对流场、航道水流的影响情况,着重分析其对泻湖通道通航环境的影响大小。研究结果表明:进港主航道内平均流速在0.28~0.59m/s间,最大流速为0.59m/s,航道最大横流为0.11m/s;泻湖口门处通道由于受新建码头影响流速减小,出流期最大流速为0.50m/s,进流期最大流速为0.47m/s。潮段平均流速出流期为0.30m/s间,进流期为0.34m/s间,较现状均有所减小。     

东营港区航道工程潮流物理模型试验研究

横流是东营港区港口航道建设中面临的关键技术问题之一。针对东营港区进出港航道工程不同防波挡沙堤布置下航道水流条件,采用潮流物理模型试验进行分析研究。结果表明:南、北防波堤形成后,口门航道处流速较大,从改善通航条件的角度出发,修建防波挡沙堤是必要的;防波挡沙潜堤保持相同的坡度,堤头分别修建至-12 m和-14 m时,口门航道水流流速逐步减小,口门横流也随之减小;随着防波挡沙堤堤顶高程增大,堤头挑流流速会有一定程度的增加;潜堤堤头建至-14 m等深线处、堤顶高程在-8 m左右是适宜的。     

上游引航道透空隔流堤布置与通航水流条件优化*

针对急弯下游布设的上游引航道口门区通航水流条件复杂等问题，依托某航电工程通航水力学模型试验，对比分析不同流量和不同隔流堤与导流墙夹角条件下的上游口门区的流场分布，探究隔流堤与导流墙夹角和上游引航道口门区水流条件之间的关系。结果表明，隔流堤可以有效减小上游引航道内与主航道中存在的流速梯度，减小主流对口门区水流的挤压和摩擦，进而减小口门区横流和回流流速，消除不利于通航的流态。隔流堤与导流墙之间夹角存在阈值，当小于该值时，纵向流速和横向流速均随着夹角的增大而减小；进一步增大则会导致部分主流流入，恶化口门区流态。     

长洲枢纽变动回水区汇流河段羊栏滩航道整治研究*

羊栏滩位于郁江与黔江汇合处,又处于长洲枢纽的变动回水区内,滩段水流急、流态乱、横流大,航行条件恶劣,航道尺度由Ⅳ级提高到Ⅱ级的难度很大,主要通过物理模型进行研究。针对本滩的水力特性,对比航槽拓宽、黔江汇流口改善工程、大沙左汊开挖分流以及大沙中槽开挖分流等4种整治思路,提出了开挖非航槽分流方案,实测整治效果分析表明:模型试验预报的大流速区数值、位置与原体基本一致,工程实施后航道条件得到明显改善。     

航电枢纽泄流数值仿真模拟技术及其应用

依托湘江土谷塘航电枢纽车江坝址设计方案,建立了坝址河段二维正交曲线水流数学模型。首先采用天然资料对模型进行率定,通过有关参数调整,使数值计算成果与天然实测资料达到精度要求。然后将航电枢纽工程仿真植入率定好的模型。利用航电枢纽模型,模拟了湘江土谷塘航电枢纽车江坝址河段典型泄流方式的水流情况,分析了河道流速分布特征,给出了引航道口门区和引航道内部纵向流速和横流等与通航有关的参数。结合JTJ 305—2001《船闸总体设计规范》要求,对枢纽通航水流条件进行了评定。展示了航电枢纽数值仿真模拟技术投资少、时间短、成果丰富、方案易优化的特点。     

瓦村枢纽下游引航道通航水流条件试验研究

为保证船闸口门区有利于通航的良好水流条件,采用整体定床物理模型对瓦村枢纽船闸下引航道及口门区通航水流条件进行研究。试验结果表明:受电站下泄尾水扩散及尾水渠出口右岸边坡挑流的影响,下引航道口门区水流流态较差,纵横向流速明显超标,不满足船舶安全航行要求。探讨了延长导航墙长度、扩挖尾水出口右岸边坡、增设隔流墩等措施对水流条件的影响,经模型方案比选及优化,确定了下引航道布置推荐方案,较好地解决了口门区横流较大的问题,使下引航道及口门区的水流条件满足船舶安全通航要求。     

有限深度均匀流中圆柱桩群绕流对流速的影响*

通过有限深度均匀流水槽试验研究不同圆柱桩群对均匀水流的绕流影响程度.通过多组试验研究数据对比分析得到圆柱桩群对均匀水流的影响规律;不同圆柱桩群对同样水流影响性质与程度的差别;不同圆柱桩群对水流流场影响范围的规律;圆柱桩群的阻流率、排架密度、桩群长度对水流流场的影响规律;不同流速的水流对圆柱桩群影响的反应规律;水流绕流圆柱桩群时,横向断面流速的变化规律等.研究分析还发现:桩群阻力是桩群影响水流的一个因素但非唯一因素,桩群的排列方式和桩群迎流角对水流流速的变化有不同程度的影响,且其影响程度大于阻力影响.