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。     

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。     

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。     

弯曲分汊河段浅区成因研究

为解决弯曲分汊河段航道治理的关键问题,选取长江中游监利河段,采用调研与实测资料分析、理论研究、水槽概化模型试验等手段,给出了弯曲分汊河段水流脉动动能的分层平面等值线图,揭示了分流区浅滩形成的内在机理,给出了弯曲分汊河段沿程水流挟沙力变化情况。表明分流区底部水流的脉动动能比较分散,得出水流挟沙力在分流区最小,这也是分流区浅滩形成的原因之一。     

弯曲分汊河道航电枢纽布置及通航水流条件试验研究

结合湖南澧水青山航电枢纽布置,采用1∶100整体物理模型试验,研究弯曲分汊河流上航电枢纽的枢纽布置、航道整治和通航水流条件等关键技术。分析左、右汊水流特征,比较船闸分别布置在左、右汊各方案的通航条件;提出了比较合理的布置方案和整治方案以及弯曲分汊河道航电枢纽布置的特点,可为类似的工程提供借鉴。     

长江上游急弯分汊河段通航整治汊道选择

急弯分汉河段卵石滩是长江上游叙渝段的主要碍航整治滩险,由于水沙运动条件复杂,整治难度较大.铜鼓滩、神背嘴、风簸碛等典型滩险的模型试验和整治实践表明,选择弯曲汉道或直槽进行整治各有利弊.但受河势和滩情条件的局限,弯曲汉道的整治效果相对较差;在难以彻底改善其航行条件的情况下,可考虑选择直槽进行整治,研究表明开辟直槽通航是可行的.     

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。     

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。     

长江中下游典型弯曲分汊河道概化模型试验研究

分析整理了长江中下游弯曲分汊河道的特征资料,结合监利河段拟定出概化模型,通过实验测得数据分析,得出了浅滩的演变机理和规律,对长江中下游弯曲分汊河段航道整治提供理论依据。     

护心滩鱼骨坝工程的紊动特性与水毁特征研究

鱼骨坝工程是鱼嘴工程中较为典型的布置形式。通过水槽概化试验和理论分析,研究了鱼骨坝周围水流的流速及紊动特性,对坝体周围河床的变形情况及坝体水毁原因进行了分析。研究成果对鱼骨坝工程设计具有一定的理论价值。     

山区河流弯曲分汊型河段航道整治方案

岷江下游沙卵石弯曲分汊河段较多,不同分汊河段的河势特征与碍航特征迥异,山区河流弯曲分汊型河段不同的航道整治措施将导致整治点位水文条件、底质组成和河道结构产生明显不同的变化,对航道整治点位通航功能的影响也有明显差异。采用1：100正态河工物理模型试验和自航船模试验相结合的技术手段,针对岷江下游霸王滩滩群弯曲分汊型航道整治措施进行研究,对山区河流弯曲分汊型河段航线选线、整治建筑物尺寸和间距等平面设计参数进行优化设计,提出岷江下游霸王滩群弯曲分汊型河段III级航道整治方案。结果表明,通过优化航线布置并结合坝体调整、复式航槽开挖、下游布设潜坝或填槽等工程措施,可以实现增加水深、改善水流条件的整治目的。     

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。     

长江中游戴家洲河段天然水流特性试验研究

文章对长江中游戴家洲河段的来水来沙特点进行了分析。通过实体模型试验,对该河段水流动力轴线的位置、戴家洲洲头局部流态、分汇流点的位置以及各级流量下断面平均水深、断面平均流速进行了深入分析,对各级流量下的比降、分流比进行了研究,并对两汊平均流速、平均水深,涨、落水期的水深、流速、比降等进行了比较,以加深对河段水流运动规律的认识,同时为工程方案整治效果的分析比较打下基础。     

确定空间分布的展向Lorentz力作用下槽道湍流的壁面减阻

文章采用直接数值模拟方法,对具有确定空间分布的展向Lorentz力作用下槽道湍流的壁面减阻效果和减阻机理进行了研究,讨论了电磁力强度A和流向波数kx对湍流流场的展向速度、条带、流向涡、Reynolds应力分布和壁面减阻率的影响.结果表明,湍流固有流场和电磁力诱导流场之间相互调制,存在最优参数A、kx,使得诱导流场主宰壁面边界层,减阻效果最好.     

阶梯形丁坝区明槽紊流脉动流速的空间相关结构*

阶梯形丁坝在航道整治中应用广泛,脉动流速的空间相关结构是紊流相干结构的重要组成,可有效反映阶梯形丁坝区的流场特性。基于阶梯形丁坝区明槽紊流PIV流场测试资料,分析阶梯形丁坝区脉动流速空间自相关结构与互相关结构的分布特性,研究脉动流速空间相关结构沿主流、水深及槽宽方向的变化规律。结果表明：纵向脉动流速自相关系数Cuu与垂向脉动流速自相关系数Cvv均为正值;自相关系数在0.3~0.9区间内的等值线,其分布范围随着水深增加而减小,随着与丁坝距离的增大而增大;近坝区纵、垂向脉动流速互相关系数Cuv与垂、纵向脉动流速互相关系数Cvu云图在丁坝下游约一级丁坝坝长范围内出现基本对称的正负分区现象;一级丁坝附近Cuv及Cvu云图中相关性较强的等值线分布范围在近坝区较大而水槽中心较小;水槽中心附近,脉动流速空间互相关系数绝对值较大的等值线基本分布在二级丁坝上方,Cuv为正,Cvu为负。     

长江中游典型微弯分汊河段择汊问题探讨

分汊河段整治的核心问题为择汊,因为它的确定将派生和决定航道整治工程的总体平面布局,而布局的合理性是工程成败的关键。通航汊道的选择问题,实质上就是分汊河段的航线选择问题,不过它较单一河槽河型航线选择要复杂得多。研究认为通航主汊应选择分水多、分沙少、呈发展趋势的一汊,具体到实际滩段须从两汊的现状条件(如分流分沙、航道条件等)、航道尺度发展水域、河型特征等进行全面的对比,综合分析两汊各种利弊条件。在戴家洲河段汊道近期河床演变和碍航特征分析基础上,对该分汊河段的两汊优缺点进行分析总结,提出选择戴家洲直港作为该河段的通航主汊道。     

航道分流区横向流场分布特性

航道分流区横向流不利于船舶航行安全,分流区流场的影响因素需要深入研究。采用基于二维平均水深圣维南方程的水动力数学模型,研究了正交分流时分流区横向流场分布特性,分析了分流流量比和分流宽度比对横向流场分布的影响。结果表明,航道分流区横向流场呈现出"近密远疏"的分布特征,离分流口越近,横向流速越大且分布越密集;离分流口越远,横向流速越小且分布越稀疏。流速比和横宽比成较好的对数关系;随着分流流量比增大,横流占宽逐渐增大;随着分流宽度比增大,横流占宽逐渐减小。     

长江下游安庆复式分汊河段整治关键部位研究

分汊型河道是冲积平原河流中的常见河型,分汊型河段与单一河段的最大不同是分汊型河段具有两汊或多汊过流,分流区和汇流区的水沙具有与单一河道不同的运动特点,并容易因分汊口门的放宽,水流分散,泥沙在此淤积造成水深不够,产生碍航问题。分汊河型又包括很多不同类型,其中对复式分汊型河段航道问题的研究较少,整治技术也不成熟。以长江安庆复式分汊河段为研究对象,采用河工模型试验研究与实测资料分析相结合的方法,在分析安庆河段水流运动规律的基础上,探讨了不同整治部位实施工程的效果,通过综合比较提出了安庆复式分汊河段的整治关键部位。     

翼型尾流场湍流特征的水筒PIV测试分析研究

翼型尾流场是一个典型的湍流场.文章在CSSRC空泡水筒中采用PIV技术对翼型尾流场进行了大子样试验测量,获得翼型尾流场的时均速度、雷诺应力、脉动速度均方根、湍流强度和平均涡量等统计特征量,并将试验结果与美国Notre Dame大学风洞试验结果作了比较,吻合较好.文中还利用PIV测量瞬时速度场计算了脉动速度空间相关系数和湍流积分尺度,分析了翼型尾流场湍流积分尺度与湍流强度的分布特征及湍流演化规律.     

弯曲航道船舶操纵运动数值模拟

弯曲航道是内河航道中较常见的形式之一,由于弯曲航道水流条件复杂,导致船舶操作难度较大,为了改善通航条件,需要对弯曲航道进行整治。结合弯道三维水流数学模型和船舶操纵运动数学模型,应用于湖南益阳至芦林潭航道整治工程的通航论证中,通过模拟计算结果来评价弯曲航道的通航条件,为弯道整治工程提供科学依据和科学指导。