淹没式丁坝三维绕流的数值模拟*

利用FLUENT中的RNG k-ε湍流模型和VOF模型对淹没式丁坝周围流场进行了数值模拟研究.计算结果表明,由于丁坝的束水作用,主流区的流速增大,丁坝下游出现了较大的回流区,回流区的流速较小.同时,水流在丁坝处发生了壅水现象,靠近丁坝上游的水位增高,经过丁坝后的水位迅速下降,并在丁坝下游沿程逐渐恢复.计算结果和试验观察与丁坝绕流客观规律相符合,流速计算结果与试验数据吻合较好,说明该模型可用于航道整治中有关丁坝的工程计算中.     

岷江龙溪口枢纽船闸口门区水流条件数值模拟研究

岷江是是联系周边省市和长江中下游地区的重要通道,船舶的安全航行对该航道的通航安全具有重要意义。通过建立基于非结构化网格的平面二维非恒定流数学模型,对龙溪口电站下泄非恒定流条件下船闸下游口门区附近的水流流场进行了数值模拟。根据模型计算结果可知,对于工况一流量从单机533m~3变化到2,665m~3的过程中,该区域回流流速均控制在0.3m/s以内,满足通航需求;对于工况二右岸引航道下游700m均为主流回流区,回流流速在0～0.4m/s之间,口门区回流平缓,未超过规范要求的0.4m/s;对于工况三当第5～7台机组完全开启时局部最大横向流速已经超过规范规定的Ⅲ级航道横向流速最大标准。该模型的建立为电站机组开启和关闭时间的确定提供指导,减缓水位和流量的骤变对船舶航行带来的影响,对进一步认识岷江航电枢纽下泄非恒定流对通航带来的影响具有一定的促进作用。     

回流区水流运动二维数值模拟

建立了基于无结构网格有限体积法的平面二维水流数学模型.数值方法上,采用有限体积法离散方程,并采用基于黎曼解的Osher格式计算有限体积界面通量:采用三角形单元对计算区域进行剖分;提出了一种确定紊动黏滞系数的方法.用此模型对平面上突扩引起的回流区竖轴环流进行了模拟,流速断面分布的计算结果与实测结果接近,再现了因主、副流剪切层不稳定引起的涡脱落、涡向下游输移以及被竖轴环流吞并的过程,预报了回流区的水面共振现象.     

水深平均k—ε紊流模型在大尺度水域中的应用研究

本文利用Patanker求解紊动输运方程标准的SIMPLEC计算程式,对小尺度丁坝绕流进行了模拟计算,取得了与水槽试验一致的流速分布结果。为了探讨大尺度水域紊动量K、ε壁面边界条件的给定,本文将水槽看成是一种比尺模型,将水槽试验流速分布按重力相似和阻力相似准则延伸到大尺度水域,并以此研究k—ε模型模拟大尺度回流的置信水平。计算结果表明通过选择合适的紊动量壁面边界条件,该模型对大尺度回流计算也能取得较好的结果。     

船闸下引航道口门区回流特性及改善措施

根据船闸下引航道口门区水流特点,应用水槽数学模型,对不同引航道宽度、水流流速、水深等对下引航道口门区回流长度等特性的影响进行研究,得出船闸下引航道口门区回流长度的计算公式,并通过概化模型研究透空隔流堤对下引航道口门区水流条件的影响,结论可供船闸工程设计参考。     

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。     

南水北调东线分流区通航水流条件及改善措施

采用平面二维水流数学模型,对南水北调东线某工程调水分流区通航水流条件进行了计算分析,提出了改善通航水流条件的方案.计算结果表明,现状条件下分流区通航水流条件不能满足规范要求,方案2通过扩挖金宝河及分流区南侧对回流区和横向流速的改善效果较好,推荐其作为工程改善措施.     

内河挖入式港池回流流速分布规律的数值模拟

采用k-ε双方程湍流数学模型,建立了三维内河挖入式港池数学模型,分析了不同主流流速及不同港池轴线与主流流向的夹角对内河挖入式港池内的水流运动特性的影响,获得了港池内回流流速的分布规律。研究结果表明,垂向流速值随着主流流速的增大也相应增大;回流横轴断面上各测线平均流速从回流中心向两侧逐渐增大。数值计算结果与模型试验的对比分析表明,数值模拟能够较好的模拟内河挖入式港池内的回流运动特性。     

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。     

宽浅河道低水头水电枢纽口门区通航水流条件研究

根据重力相似准则,采用比尺为1∶100的整体模型,进行某宽浅河道低水头水电枢纽口门区的通航安全性研究。采用ADV三维流速测量系统进行流速测量;采用标准矩形量水堰控制模型流量;采用差动式尾门调节模型水位。由于河道地形及枢纽布置的原因,上游口门区流速过大,下游口门区形成大范围回流。通过扩大河道过流面积,移除下游河道中心连续小岛,增加闸孔等措施,减小下泄水流流速,改善河道整体水流状态;通过加长导航墙,改变导航墙透水面积,优化口门区域地形等措施极大地改善了船闸上下游引航道及口门区通航水流条件,确保过闸船舶的安全。     

新工程条件下天津港区水流及潮汐特征值变化预测分析

采用二维潮流数学模型,对天津港北港池开通和导堤延伸方案实施后港内流场及港区潮汐特征值变化进行了研究。结果表明,工程方案的实施对港内潮汐特征值影响较小;导堤延伸形成的新港区口门处存在环流,环流范围大、持续时间长,容易在口门内区域形成泥沙淤积;港内其他部分基本呈往复流,流速较小;港内清水线位置外移至东突堤附近,西港区和北港池由于水体泥沙含量较低,泥沙淤积较轻;北航道与西航道交叉处在涨潮转落潮的一段时间内形成环流,有可能在此处形成泥沙淤积。     

Residual circulation in the Ría de Muros (NW Spain): A 3D numerical model study

The residual circulation of the Ría de Muros, a large coastal embayment in NW Spain, are studied using a three-dimensional baroclinic finite-difference model. The driving forces considered by the model include the tide, winds, river inflows and density forcing at the open boundary. In situ data of current velocity and direction, water level, wind velocity and direction, river discharge, and temperature and salinity are used for model validation. Simulated and observed time series of water level and current velocity are in good agreement. Once validated, the model is applied to compute the residual circulation induced by the relevant agents of the ría hydrodynamics—the tide, an upwelling-favourable wind characteristic of spring and summer, a downwelling-favourable wind typical of winter, and freshwater inflows associated with high river runoff. The resulting residual circulation differ notably. The tide does not generate significant residual flows except in the inner ría. By contrast, winds and river discharges induce important residual flows throughout; in the middle and outer ría they generate a 3D residual circulation pattern which renders the conventional two-layer scheme of estuarine circulation too simplistic in this case. Thus, this first application of a 3D numerical model to the Ría de Muros sheds new light on its fundamental hydrodynamics.     

导管螺旋桨内流场的LDV测量

为了探讨导管内流场,通过在导管壁上开窗口,使用LDV激光穿过窗口方案来测量导管螺旋桨的内流场.测量结果表明该方案测量导管内流场是可行的,并为导管内螺旋桨叶片的环量分布分析提供了条件.     

About the seasonal variability of the Alboran Sea circulation

Data from a mooring line deployed midway between the Alboran Island and Cape Tres Forcas are used to study the time variability of the Alboran Sea from May 1997 to May 1998. The upper layer salinity and zonal velocity present annual and semiannual cycles characterised by a minimum in spring and autumn and a maximum in summer and winter. Temperature has the opposite behaviour to that of salinity indicating changes in the presence of the Atlantic water within the Alboran Passage. A large set of SST images is used to study these cycles. The decrease of salinity and velocity in our mooring location in spring and autumn seems to be related to the eastward drifting of the Western Alboran Gyre (WAG). The increase of salinity and velocity is caused by the Atlantic current flowing south of the Alboran Island and its associated thermohaline front. Conductivity–temperature–depth (CTD) data from two cruises along the 3°W are coherent with current meters and SST interpretations.During the period analysed, summer months are characterised by the stability of the two-gyre system, while in winter, the circulation is characterised by a coastal jet flowing close to the African shore. We use sea level differences across the Strait of Gibraltar for studying the variability of the Atlantic inflow. We discuss the changes in the Alboran Sea circulation and its relation with the variability of the inertial radius of the Atlantic inflow. Though our results are speculative, we find a possible relation between the disappearance of the two-gyre system and a reversal of the circulation in Gibraltar. Longer time series are needed to conclude, but comparison with previous works makes us think that the seasonal cycle described from May 1997 to May 1998 could be the most likely one for the Alboran Sea upper layer.     

大连港登沙河港区潮流泥沙数模试验研究

依据最新的水文、泥沙实测资料进行了统计分析,为数模计算提供参数,然后建立多重嵌套潮流数学模型,计算正常天气下工程实施前、后的海域潮流场分布情况,并在年均含沙量的风浪条件作用下计算港池航道常年回淤情况,对港池航道建成后的年淤积量进行预报,从潮流泥沙角度为登沙河港区建设提供了设计依据。计算结果表明,3个方案实施后对周边水域影响均较小,港区虽有环流但强度较低,停泊区域流速很小。外航道区域方案一横流明显小于其他2个方案。3个方案实施后,港池航道年平均淤强介于0.08～0.12 m,淤积很轻。因此,该工程是可行的。     

徐圩港区环抱式港池最大流速研究*

在利用潮流数学模型对连云港港徐圩港区防波堤工程方案进行比选优化时,发现港区内涨潮最大流速是决定方案能否成立的关键指标之一。经过分析认为,港区内涨潮最大流速与港区水域面积、防波堤口门过水断面面积有关,此外还受涨潮潮差和涨潮历时的影响。根据潮流数学模型的计算结果,拟合了港区内涨潮最大流速计算的经验公式,相关性较好,计算精度较高,可以用于徐圩港区防波堤工程方案的初步评估。     

长江中游航道流速区划分及影响因素研究

为满足长江电子航道图系统功能需要,使长江电子航道图流速相关信息的显示更加符合实际航段的情况,基于声学多普勒流速剖面仪(ADCP)的测流数据,提出了基于船舶航行需求的主、缓流流速区划分方法。同时利用该方法,研究影响流速区划分的因素,对研究河段进行科学分段。     

圆弧型丁坝产生的卡门涡与坝后冲刷的关系*

通过水槽试验,结合理论分析,探讨了圆弧型丁坝产生卡门涡的机理及坝后冲刷的原因,并进一步分析了卡门涡与坝后冲刷的关系。在卡门涡中心形成的低压区将泥沙吸入其中心,是坝下冲刷的主要原因之一。卡门涡边缘的线速度和来流速度的合成速度与坝后泥沙起动速度的关系,决定了坝后冲刷区和淤积区的分布。     

鸭绿江河口潮流泥沙数值模拟

在分析鸭绿江河口实测水文泥沙资料的基础上,采用MIKE21 FM模块建立了基于多重嵌套网格模式的河口潮流场和泥沙场数学模型,模型范围为上游丹东市的江桥至河口江海分界线以外6~7 m等深线附近,并对2个潮位站、15个流速流向和含沙量测站进行了验证,对现状条件下的河口水域流场和泥沙场进行了数值模拟与分析。研究结果表明:落潮流速一般大于涨潮,沿程变化上浪头港以下2 km附近及斗流浦航槽内平均流速较大,至河口段水面逐渐放宽,致使落潮水流流速有减小趋势;含沙量沿程呈递增趋势,最大含沙量出现在各分汊水道的上口,即斗流浦水域。