齿型构件混合堤正交丁坝水流力数值模拟

为研究长江南京以下12.5 m深水航道整治工程齿型构件混合堤正交丁坝水流力特性,采用RNG k-ε湍流模型,建立了三维水动力数学模型。通过实测流速、水位以及构件水流力数据进行模型验证,验证结果良好。利用该数学模型对齿型构件混合堤正交丁坝水流力随流速、水深与坝长的变化规律展开研究,对齿型构件混合堤正交丁坝水流力轴线分布规律进行探讨。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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...     

齿型构件混合堤翻坝水流力影响因素数值分析

齿型构件混合堤是长江深水航道一期工程中采用的一种新型混凝土构件混合堤,该新型结构尚处于研究初期阶段.为了解其受力特性、推广其在工程中的应用,基于CFX软件,对齿型构件混合堤翻坝水流力影响因素进行数值分析.结果表明,齿型构件混合堤翻坝水流力由动水压力及堤身前后静水压力差组成,随着入射流速、入射角度及相对堤高的增大,翻坝水...     

水库泄水状态下近坝区水温三维空间分布特征研究

本文根据大型水库的水动力特性、水温分布规律,基于三角形断面柱体网格单元离散计算区域,采用有限体积法离散控制方程,垂向上采用?坐标变换,建立水库三维水动力水温耦合模型。将该模型应用于某水库,分析大型水库的水流结构及泄水状态下其水温的空间分布规律。结果表明:近坝区由于受出水孔的出流作用、大坝阻挡和地形三者的综合影响,水体紊动较强,上层温水与下层水体掺混作用强,特别是在出水孔及以下区域。     

含非淹没刚性植物明渠水流结构试验研究

研究明渠中含非淹没刚性植物时的水流结构,对于河道整治有重要意义。在实验室水槽中用透明棒模拟植物,用PIV(粒子图像流速仪)测量流速。研究在不同流量、植物密度、水深情况下水流的顺水流方向时均流速、顺水流与垂直水流方向的紊动量的规律。发现随着流量的增大、水深的.减小,时均流速与紊动量均增大;随着植物密度的增大,紊动量增大,时均流速大小在约065H向下至渠底增大,向上至水面,流速减小。可见明渠中含有的非淹没植物影响着水流结构,在河道整治中需要考虑。     

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。     

船坞竖井闸阀输水廊道水力特性的数值模拟研究

近年来,竖井闸阀输水廊道已广泛应用于新建大型修造船坞中。结合某竖井闸阀输水廊道的模型试验,运用FLUENT软件对廊道的水力特性进行三维数值模拟,研究廊道中水流的流速、压强、湍流动能和湍流耗散率等参数的分布规律和输水廊道的安全性。通过对消能段湍流参数的分析发现,在进水井中水流形成的漩涡和水流与壁面的撞击是消耗水流动能主因。不同水位条件下廊道内水流压力的数值模拟结果与模型试验结果吻合性较好,进一步验证了数值模拟计算的可靠性和采用数值模拟方法辅助优化输水廊道设计的可行性。     

An approach to estimation of near-surface turbulence and CO2 transfer velocity from remote sensing data

The air–sea CO₂ exchange is primarily determined by the boundary-layer processes in the near-surface layer of the ocean since it is a water-side limited gas. As a consequence, the interfacial component of the CO₂ transfer velocity can be linked to parameters of turbulence in the near-surface layer of the ocean. The development of remote sensing techniques provides a possibility to quantify the dissipation of the turbulent kinetic energy in the near-surface layer of the ocean and the air–sea CO₂ transfer velocity on a global scale. In this work, the dissipation rate of the turbulent kinetic energy in the near-surface layer of the ocean and its patchiness has been linked to the air–sea CO₂ transfer velocity with a boundary-layer type model. Field observations of upper ocean turbulence, laboratory studies, and the direct CO₂ flux measurements are used to validate the model. The model is then forced with the TOPEX POSEIDON wind speed and significant wave height to demonstrate its applicability for estimating the distribution of the near-surface turbulence dissipation rate and gas transfer velocity for an extended (decadal) time period. A future version of this remote sensing algorithm will incorporate directional wind/wave data being available from QUIKSCAT, a now-cast wave model, and satellite heat fluxes. The inclusion of microwave imagery from the Special Sensor Microwave Imager (SSM/I) and the Synthetic Aperture Radar (SAR) will provide additional information on the fractional whitecap coverage and sea surface turbulence patchiness.     

三维竖轴潮流水轮机水动力性能研究

竖轴水轮机作为潮流能转换为电能的核心装置,其水动力性能的优劣将会直接影响到整体发电系统的效率。为了研究大型竖轴水轮机叶片安装角对水轮机水动力性能的影响,基于多参考系模型(MRF),采用Fluent软件对流场中的模型进行3D数值模拟。在转速和来流速度保持不变,改变安装角时,分析同种翼型5个不同安装角叶片对潮流能水轮机的水动力性能的影响。同时分析在同一安装角和旋转速度条件下,不同来流速度对水轮机水动力性能的影响。结果表明,叶片安装角对竖轴潮流水轮机的能量利用率影响较大,来流速度对水轮机叶片表面的静压力和输出功率具有一定的影响。研究结果对今后竖轴水轮机的设计和生产具有借鉴意义。     

切向单双入口旋流器油-水两相分离流场及特性研究

运用雷诺应力模型（RSM）及两相流 MIXTURE 混合模型和 SIMPLEC 算法对切向单、双入口旋流器内的流场进行模拟分析。采用作图法描述了锥段中间截面处的切向速度、径向速度、湍动能及湍能耗散率,使内部复杂旋流流场的分析得以简化。模拟结果表明：单入口旋流器内流场具有不对称性,呈现偏心结构,双入口旋流器流场具有较好的对称性;油-水分离时,切向双入口旋流器中的分离效率为96%,高于单入口旋流器的94%,但同时增大了能量消耗。实验测试结果显示：流量为3 m3/ h 时的实际分离效率为90%,与模拟结果的平均误差为5%,处理流量相同时,采用切向双入口旋流器更能提高分离效率。     

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。     

河床下切影响下珠江三角洲潮流不对称时空变化规律

潮流不对称对三角洲地区的泥沙净输运和地貌演变有着重要作用,近年来珠江三角洲的大规模采砂活动引起河床大幅下切,因此研究河床下切后珠江三角洲潮流不对称的时空变化规律具有重要意义。利用1999年和2010年珠江三角洲河口河网地形数据,建立珠江口平面二维水动力模型,模拟珠江河口河网枯季水动力过程。结合非稳态调和分析方法分解流速信号,用偏度方法量化分潮组合、余流及分潮和余流相互作用对潮流不对称的贡献程度。研究结果表明:1)珠江三角洲潮流不对称受余流影响呈现出落潮占优的特性;2)河床下切后,各分潮组合的不对称性增大,潮流不对称在下游河道有所减弱、中上游河道有所增强,且珠江三角洲中上游河道变化大于下游河道;3)分潮和余流相互作用的变化是导致该现象产生的主要原因。     

Investigation of turbulent flows in a waterjet intake duct using stereoscopic PIV measurements

Stereoscopic particle image velocimetry measurements were made in a wind tunnel using a prototype waterjet model. The main wind tunnel provided the vehicle velocity and a secondary wind tunnel was set up as the waterjet propulsion model. Pressure distributions along the ramp and lip sides inside the duct were measured for three jet velocity to vehicle velocity ratios. Three-dimensional velocity fields were obtained at the intake entrance and the nozzle exit of the waterjet system. The flow into the duct was faster in the lip region than on the ramp side. Because of the variation in intake geometry from a rectangular to a circular section and because of the sudden curvature change on the lip side, a pair of counter-rotating vortices was observed in the mean velocity field at the nozzle exit. In addition, the turbulent kinetic energy correlated with the vortex pair was stronger on the lip side than in other areas. Dominant large-scale structures were extracted by using a snapshot proper orthogonal decomposition analysis. It was found that most of the turbulent kinetic energy was attributed to at least three vortices near the nozzle exit. This detailed three-dimensional velocity field will be useful for the verification of CFD simulations applied to the waterjet system.     

航道清礁对西江鱼类保护区紊流体的影响

河底裸露的礁石增加水体紊动,有助于鱼卵正常形成,大量存在礁石的河段往往是鱼类栖息和产卵的重要场所。礁石也存在碍航的可能,航道清礁一定程度上影响水体紊动强度,改变鱼类栖息环境。为此,在重要鱼类栖息河段进行航道清礁需充分论证。以紊动动能作为评价水体紊动强度指标,开展西江中游珍稀鱼类保护区河段三维紊流数值模拟,计算并统计航道清礁工程前后水体紊动动能及不同强度的紊流水体体积,分析其变化规律及原因。研究结果表明,断面中紊动动能强度与水深成正相关关系;清礁工程导致河段中弱紊动动能的紊流水体体积增加,强紊动动能的紊流体积减小;底层水体紊动动能的变化量高于表层;强紊动动能水体体积减少的变化率大于弱紊动动能水体体积增加的变化率。