不同坝型丁坝坝体周围水流紊动特性试验研究*

通过水槽试验,结合理论分析,研究丁坝附近水流紊动强度沿水流方向、水深方向和横向的分布规律。绘制5种不同坝体结构形式其周围水流脉动动能和紊动强度的分布等值线图并分析分布规律,进一步探讨不同坝体挑角对丁坝附近水流紊动强度和脉动动能的影响。     

丁坝紊动特性试验研究

利用三维超声学多普勒流速仪对丁坝坝头附近水流和回流区水流的紊动特性进行了系统的观测和分析,得到了丁坝坝头和回流区的水流特性及紊动动能的分布规律。     

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.     

淹没阶梯形丁坝水流结构PIV试验研究

阶梯形丁坝在航道整治中应用广泛,但其水流结构研究仍不充分.基于PIV室内水槽试验,探讨阶梯形丁坝区无量纲纵向时均流速u+、紊动强度T+u、雷诺应力R+和紊动能E+的分布规律.结果表明:丁坝水流在纵剖面上可划分为顺流区、回流区和过渡区,丁坝内侧至一级丁坝坝头各剖面u+高速区位于坝顶上部,低速区和回流区位于坝顶下部;丁坝外...     

丁坝周围床面受力的试验研究*

通过水槽试验,结合理论分析,研究丁坝附近的动水总压力和脉动压力的分布情况,绘出总压力和脉动压力的等值线分布图。把丁坝附近区域分成4个测压区进行研究,详细分析了各个测压区的总压力和脉动压力的分布规律。进一步研究坝长、流量及水深对丁坝附近脉动压力分布的影响,并分析其原因。     

丁坝周围水流紊动特性与地形冲刷的关系*

通过动床冲刷试验对不同形式丁坝的水流紊动特性进行对比分析,结合河床冲刷地形等值线图,找出水流紊动特性与河床冲刷之间的关系。在此基础上,深入分析不同形式丁坝对水流紊动特性的影响,优选出新型坝体结构形式。试验结果表明：丁坝周围地形的冲刷与水流紊动的强烈程度有关,冲刷坑的深度随水流紊动特性的变化有先增大后减小的趋势;沙垄主要由粗砂组成,且断面形状呈“流线型”,回流区出现细砂覆盖层;圆弧断面和勾头形式丁坝在减弱水流紊动方面具有一定的优势。     

丁坝水流特性研究进展

丁坝作为航道整治的建筑物,在航道整治工程中被广泛地使用。本文从物理模型试验、数值模拟等方面,对丁坝水流特性(主要包括自由水面线、丁坝附近流场和紊动场等)的国内外研究现状进行了综合论述,给出了未来研究的重点和发展方向,对更好地开展丁坝水流特性的研究具有重要的指导意义。     

长江中游界牌河段丁坝周围水流特性试验研究

为探求界牌河段丁坝周围水流特性,明晰丁坝周围水流特性与坝头损毁之间的关系,采用清水定床、正态模型试验方法研究长江界牌河段丁坝周围水流结构特点,详细分析流量条件对界牌7#丁坝周围断面测点的流速最大区域及紊动强度最大区域分布的影响,重点分析坝头周围测点三维流速数据。结果表明,从x、z向流速和紊动强度的角度考虑,坝体中部及下游侧是易损区域;随着坝头流速的增大,下潜水流、坝头涡旋系、单宽流量分别成为影响坝头损毁的主因。     

大尺度散粒体周围水流的紊动特性

为探讨大尺度散粒体周围水流的紊动特性,采用高度Δ=5 cm的正方体、球体和四面体概化河床孤礁形态,基于声学多普勒测速仪测量明渠紊流的6组数据,研究脉动流速的统计特性以及紊动强度、雷诺应力和紊动能的分布特征。结果表明:大尺度散粒体周围水流脉动流速的统计参数与散粒体形态密切相关;标准差σ_u~+、峰度K_u的垂线分布较为均匀,σ_u~+沿程分布呈先增大后减小的变化趋势,散粒体上、下游各断面中垂线上的K_u总体大于3,多呈高狭峰,散粒体上游偏度S_k基本为负,下游S_k随水深的增大由正逐渐变为负; 3种散粒体周围水流的纵向紊动强度T_u~+的垂线分布较为均匀,沿程各断面的T_u~+随弗劳德数F_r的增大而增大;正方体的T_u~+总体最大,球体T_u~+次之,四面体T_u~+最小; 3种散粒体周围水流的雷诺应力R~+的垂线分布从近水面到槽底呈逐渐增大的趋势,紊动能E~+的垂线分布呈两端小、中间大的趋势; R~+、E~+在散粒体下游2Δ附近有最大值;大尺度散粒体的阻水面积与其对下游水流的影响强度及范围呈正相关。     

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。     

挑流石梁作用下丁坝坝根周围流速分布规律

通过概化模型试验对挑流石梁作用下的丁坝坝根周围流速进行测量,并对不同工况下坝根周围的流速值进行分析,得出坝根处流速随来流量及水深变化的分布规律。结果表明:受挑流石梁的影响,坝根附近的流速比正常河段大很多,且坝根附近的横、纵断面流速值随来流量的增大而增大,随水深的增加而逐渐减小。     

基于Flow-3D的新型半圆形构件水动力特性研究

生态丁坝是基于水工学和生态学的新型整治建筑物，不仅起到调控河道水位、维护边坡稳定的作用，还促进了生态修复。采用Flow-3D流体力学软件分析了新型半圆形构件的流速、紊动能等关键水动力要素。结果表明，基于Flow-3D数值模拟得到的水流流速拟合结果良好，采用该软件研究航道整治工程中复杂构件的水动力特性是可行的；新型半圆形构件内的横隔板将腔体分为上下两块区域，上方水流流速、紊动能明显大于下层，且下层流速、紊动能基本不受外界流速影响；构件上下层具有不同的生态效应，其水动力特性分别适宜于鱼类和底栖生物的生存。     

深水航道整治中新型结构淹没丁坝与水流相互作用

大型混凝土齿形丁坝首次应用于深水航道整治工程中,其与水流相互作用的影响并不清晰。通过理论分析与数值模拟的方法对新型丁坝的壅水特性进行研究,并通过与其它坝型结构对比分析了新型丁坝对过坝水流的影响,进而通过阻挡流量的表征方法对新型丁坝的水流力计算方法进行探讨。研究发现新型丁坝壅水公式能够较为合理地预测其壅水值,且由于基床的存在,新型丁坝对过坝水流的影响较小,同时,通过阻挡流量表征的水流力计算公式形式更为简便。新型丁坝的引入对长江沿岸水沙及生态平衡起到保护作用,其研究成果可为新型丁坝的设计及应用提供科学的理论指导,也对其他新型结构设计具有借鉴价值。     

大涡模拟在河道平面二维水流模拟中的初步应用

通过丁坝对水流进行控制是航道整治中常用的工程措施,丁坝附近水流呈强紊动特性,大涡模拟相对于基于雷诺方程的时均模型对涡旋有较强的捕捉能力。在直角坐标系的基础上,将大涡模拟中的亚格子应力模型(SGS模型)引入河道水流平面二维数学模型中,通过盒式滤波函数将控制方程进行滤波,大尺度量通过控制方程直接求解,小尺度量借助Smagorinsky提出的亚格子尺度应力模型进行求解。采用空间等步长的正方形网格和交替方向隐式差分法对其控制方程进行离散求解。将模型初步应用于非淹没丁坝绕流的数值模拟中,计算结果表明,该模型对湍流旋涡的捕捉和水深计算较为合理,计算精度可满足工程实践要求。     

透水丁坝坝后回流区长度研究

基于沿水深方向积分的平面二维水流运动方程组,在采用合理的假定条件下,推导出透水丁坝坝后回流区长度计算公式,研究结果表明,透水丁坝坝后回流区长度不仅与坝长、水深、糙率、面积缩窄比、河宽缩窄比等因素有关,而且与丁坝本身的渗流量有关。     

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。     

丁坝受力试验研究

通过水槽模型试验,测得不同工况下丁坝坝体动水压力和脉动压力的分布情况,并绘制出动水压力和脉动压力的分布图,得到不同水深、流量及坝长情况下动水压力和脉动压力的分布规律,并通过理论分析找到其原因。最终得出迎水面动水压力随水深、流量和坝长的增加而增加,脉动压力随着水深增加而减小、随着流量和坝长增加而增加等结论。