复式断面滩槽流速分布研究综述

综述了复式断面渠道漫滩水流的阻力特性、流速分布、流量计算等在运动过程中的规律,并通过相关比较、分析,得到较为系统的滩槽水流流速分布规律,进而提出亟待解决的问题。     

复式断面明渠紊流三维直接数值模拟

应用直接数值模拟,研究了中等雷诺数条件下复式断面明渠的二次流和紊流特性,并与矩形断面明渠紊流的结果进行了对比。研究发现:与矩形断面明渠紊流相比,复式断面明渠紊流的顺流向最大流速较大,单位面积流量增大了10%;在漫滩和深槽结合处,二次流强度较大;漫滩底面附近出现高速流体,导致漫滩处的壁面剪切应力增大;顺流向紊动速度和竖向紊动速度的相关性较低,漫滩底面紊流拟序结构较弱,没有形成尺度较大的准顺流向"发卡"涡。     

河漫滩景观植物上轻物质附积对水力糙率的影响研究

在河道漫滩景观植物是河道环境建设的需要,但在洪水期,由于垃圾、杂草、树枝等漂浮物附着积聚在漫滩植物上导致水流阻力增加对河道防洪带来消极的影响。试验采用塑料植株来模拟灌木,以柔性的天然水草模拟洪水期的漂浮物,采用概化水槽试验研究植物分布特征及水流因素对水力糙率的影响,建立河道漫滩景观植物水草附积后糙率增长率与植物分布系数、水深、流速之间的关系式。试验结果表明:水槽在未布置植物时,糙率系数约为0.009,布置植物以后,糙率系数值在0.01~0.07之间;当植物上附着水草后,糙率系数值在0.023~0.079之间,糙率增长率为11%~130%;糙率及糙率增长率与植物分布系数、淹没深度、流速等因素相关,且呈现一定的规律性。     

天然河道断面流速分布计算

采用Ｋｎｉｇｈｔ等推导的计算断面流速分布的解析解，得出天然河道断面流速分布计算公式。该模型计及了滩槽间的动量交换。边界阻力及断面上二次流的影响。天然河道的不规则断面形状用若干段析线表示。该模型较好地给出断面流速分布。     

长江下游黑沙洲南水道河床演变及碍航特性

依据河道实测水文、地形资料对长江下游黑沙洲水道河床演变和碍航特性进行深入分析,初步提出该河段的航道整治思路。分析表明:大水年尤其是特大洪水年,河床冲淤变化相对较大,南水道过渡段左槽冲刷、右槽中下段淤积现象明显。主要原因是洪水期南水道过渡段漫滩水流增强,左槽分流沿程增加、右槽分流沿程减小,江中心滩束流作用有限,处于缓流区的右槽下段输沙能力不足,汛后冲刷不充分。航道整治的基本思路为稳定相对有利的滩槽格局,拦截漫滩水流、限制左槽的进一步冲刷发展、增强南水道右槽水流的冲刷能力。     

分汊河道水力计算的联解法

本文使用联解方法,计算分汊河道分流口和汇流口的水位以及各汊河的分流量。在已知上、下游水位边界、河床断面间距和水深以及有关糙率系数的数值后,任意假定合理的初始条件,经过逊松驰迭代都可得同样正确的计算结果,文中举出两个例子作为佐证。本法使用水位控制计算流量,可供工程上计算使用。分点输入断面数据并考虑滩、槽不同糙率系数的方法也较按近实际。     

不同分汊比下分汊河道水流规律试验研究

分汊河道作为一种常见的河型,其水流特性在河床演变和航道维护中具有重大意义.以分汊河道为研究对象,通过对天然滩体概化进行物理模型试验,得到分汊河道的水流规律.结果表明,滩体前后各出现低流速区,两汊流速分布具有不对称性,两汊断面最大流速交替出现,沿程流速变化与滩体高程走势一致,滩体最高处出现流速最大值(在完全淹没条件下);...     

潮流能水轮机叶片结构设计及水动力性能分析

基于叶素动量理论对水平轴潮流能水轮机叶片外形进行设计,并结合Wilson方法修正计算模型,采用Matlab软件对叶片进行优化计算,得到优化后的弦长和扭角.通过坐标转换得到优化后翼型的三维坐标,将得到的坐标导入SolidWorks软件中建立叶片的三维模型.最后通过Fluent软件对设计的水轮机在不同尖速比下进行三维数值模拟.计算结果表明,设计的水轮机在水流速度为0.8 m/s,叶尖速比为3时,捕能系数能取得较大值,且水轮机无回流现象,具有良好的水动力特性.     

舰船螺旋桨流体动力学计算

为研究螺旋桨水动力特性,以某船舶螺旋桨为研究对象,基于极坐标系建立水流时变力学模型,并将经典流动控制方程与水流时变力学模型相耦合对船舶螺旋桨水动力特性进行数值研究,获得螺旋桨不同位置处的水动力特性。计算结果表明:离转轴越远,其叶片表面压力系数越大。这是由于距离转轴位置越远,叶片速度越大,其表面水流动力粘度也越大,从而使得压力系数显著升高。     

基于CIVIL 3D航道疏浚量断面法计算的研究

本文采用CIVIL 3D建立了上海市某两条内河航道的部分地形模型,并用断面法建立了疏浚模型,计算了航道的疏浚工程量。所得数据与传统方法所得数据相差5%以内,符合工程实际,验证了模型的正确型。基于模型研究了断面加密对于工程量的影响,发现不同地形对工程量影响不同。为了定量说明地形的起伏性,引入地形起伏系数,得到地形起伏系数越大,相应的地形起伏性越大,为在今后描述不同地形的起伏性提供了一种新思路和方法。     

基于动量守恒定律的船闸口门区船舶安全通航条件研究

现行规范是以船闸引航道口门区通航水流条件作为船舶能否安全进出口门区的判别标准。通过调查研究,船舶进出船闸是否安全仅考虑口门区通航水流条件是不全面的,还应考虑船舶在该区域本身的运动特征。基于动量守恒定律并考虑水流对船舶的作用,分析船舶为维持安全所形成的航行运动特征,并通过通航水流条件和船舶航行条件的模型试验,对比研究两者的关系,提出了基于动量守恒定律的口门区船舶安全通航条件判定方法。结果表明,采用水流条件试验结果求得的口门区船舶安全通航最小临界速度判定船舶通航的安全性是合理可行的。     

航槽三维流动的数学模型

本文提出了一种模拟挖槽内三维流动的数学模型.该模型将压力分解为动水压力与静水压力之和.由控制体积法导出三维偏微分方程的离散格式.采用Patankar和Spalding提出的压力校正法求解动水压力场.然后求解水位控制方程.用最新求出的水位替代压力校正法中的水位.如此循环迭代直至收敛.该模型无须采用“静水压力假定”和“刚盖假定”.能够模拟不可压缩流体含自由表面流动问题.利用该模型计算得到的挖槽内流速分布与水槽试验值吻合.此外,本文还计算了相当于天然情况各种水深、各种挖深比、各种挖槽底宽下挖槽内的流场.     

某型电池流道流阻计算的数学模型

本文提出了某型双极性堆式电池流道流阻计算的一种数学模型。该数学模型使用迭代计算方法并引入由试验结果获得的修正系数编制程序就可计算出不同流道尺寸参数下的流道流阻。这样在流道设计过程中,只需先通过程序计算出符合流阻要求的流道参数,然后按照参数制作模型进行流阻测量的验证试验即可,从而提高了设计效率,节约了人力物力。     

基于自动识别系统和门控递归装置的港口流量预测模型（英文）

Water transportation today has become increasingly busy because of economic globalization.In order to solve the problem of inaccurate port traffic flow prediction,this paper proposes an algorithm based on gated recurrent units(GRUs) and Markov residual correction to pass a fixed cross-section.To analyze the traffic flow of ships,the statistical method of ship traffic flow based on the automatic identification system(AIS) is introduced.And a model is put forward for predicting the ship flow.According to the basic principle of cyclic neural networks,the law of ship traffic flow in the channel is explored in the time series.Experiments have been performed using a large number of AIS data in the waters near Xiazhimen in Zhoushan,Ningbo,and the results show that the accuracy of the GRU-Markov algorithm is higher than that of other algorithms,proving the practicability and effectiveness of this method in ship flow prediction.     

弯道水流二维数值模拟及岸线整治的水动力分析方法研究

文章采用边界拟合坐标变换技术,克服了河道岸线蜿蜒曲折引起的计算困难,分析对比不同形式控制函数对所生成计算网格质量的影响,提出了一种简单易行的计算变换后网格地形的插值方法。建立了边界拟合坐标系下平面二维水流数学模型,对河北省境内的黎河西梁子河段水流情况进行模拟,计算结果与实测水位、流速资料吻合较好。根据二维恒定流动量方程,提出弯道岸线冲击力、剪切力的计算方法,以此为理论基础,计算了黎河西梁子河段岸线应力沿程分布。     

枢纽船闸引航道口门区三维水流数值模拟应用研究*

基于平面曲线坐标系、垂向σ坐标系建立了三维水流数学模型。采用控制体积法离散基本方程、交错网格以避免压力的振荡、动水压力校正法进行数值求解。分别采用经典急弯河段水槽试验资料、土谷塘物理模型试验资料对模型进行了验证。验证结果表明,模型能较好地反映弯曲河段三维水流结构特征和船闸引航道口门区的通航水流条件,可为枢纽船闸工程的平面布置方案论证提供技术支撑。     

引航道异重流运动及其淤积

船闸上、下引航道在闸门关闭期间,只有一头与大河相通,另一头封闭,形成所谓“盲肠河段”。实践证明盲肠河段有浑水异重流潜入,造成严重淤积,给通航造成危害。本文运用动量原理,导得了异重流头部运动速度,并考虑到异重流流量沿程减小,求得了异重流运动速度的微分方程;在低含沙浓度条件下,异重流的速度小,紊动很弱,其中的泥沙运动特点类同于沉淀池。根据沉淀池中泥沙运动轨迹方程及不计紊动扩散作用的泥沙运动连续方程,导得了均匀沙和非均匀沙异重流的流速、深度、含沙浓度沿程变化关系式,以及相应淤积量。     

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。     

散货船配载仪中 CSR剪力修正计算

各船级社规定散货船配载仪要具有 CSR剪力修正功能。国际船级社协会最新发布的《散货船油船协调版共同结构规范》于2015年7月1日生效,其中 CSR剪力修正计算方法有所改变,为满足新规范的要求,采用“斜率修正法”计算舱室前后舱壁处的 CSR剪力修正,根据货舱的装货高度及货物密度判断相邻2个舱室是否为“非均匀装载”载况,包括完整工况和单舱破损工况。采用“剪力修正分布系数二次修正法”确定舱室前后舱壁处剪力修正分布系数,舱室其他位置采用线性插值法计算剪力修正分布系数。以56000 DWT散货船“太行128”及64000 DWT“SPRING COSMOS”为例,开发配载仪程序,计算“重压载出港工况”及“1、3、5舱室隔舱装载工况”的 CSR剪力修正值,和船舶设计软件 NAPA计算值相比,相对误差在0.2%以下,证明所述方法的正确性,具有一定的工程实用价值。     

航道通过能力影响因素的分析

以往基于船舶流的航道通过能力计算模型均是在理想条件下提出的,它们只考虑了航道上船舶流的交通特性,其计算结果较实际流量偏大。文中在以往研究成果的基础上,从船舶通航环境的角度,分析了通航环境对船舶行为的影响,并选取相应的修正系数对模型进行修正。修正后的计算模型更能准确地反映航道上的船舶通过能力。