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...     

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。     

植被对水流特性影响研究进展

根据现有资料总结了植物对水流流速分布、紊动强度和行洪的影响。流速分布受植物影响在各方向上均发生改变;植物的存在改变了水流脉动强度和雷诺应力使水流沿程各断面的紊动强度发生较大变化;在行洪影响中,岸堤常受水流的侵蚀和冲击,选取种植正确的植物和施工位置可较好的减少这些情况的发生。最后提出需进一步研究问题。     

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。     

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。     

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。     

河道挟沙水流特性研究进展

研究挟沙水流主要是认识水体中的泥沙运动规律,在研究的基础上将成果运用到实际的水利工程中。本文归纳总结了在不同的水力环境及河道条件下前人所得到的重要结论,分析了挟沙水流流速分布、紊动强度和阻力特性三方面的特征规律,集中论述了现今河道挟沙水流的研究进展。     

方形薄壁生态护岸结构水力特性试验研究*

通过物理模型试验,研究方形薄壁生态护岸结构不同孔隙率条件下的水力特性。结果表明：不同孔隙率下水面线变化趋势基本一致;孔隙率越大,护岸区内水流减速效果越好;紊动强度和孔隙率呈正相关性;护岸前、后断面剪切应力沿横向分布规律基本一致,整体上呈先增大再减小的趋势,纵向分布平顺,剪切力大致相同。     

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。     

不同宽高比叶片对明渠水流影响的试验研究

采用宽高比尺寸1比20、1.5比13.3和2比10的矩形薄片模拟等面积不同几何形态的植物叶片.通过水槽试验对同一水流条件作用下三种叶片对水流的时均流速、紊动强度、雷诺应力的影响进行研究发现:宽高比越大的叶片对水位的影响越小;植物区同一水深的流速随植物宽高比的增大而减小;同一水深宽高比越大的叶片摆动频率越高,其紊动强度也越大;紊动强度、雷诺应力和时均流速的垂向分布类似都表现出了一定的相似性,说明矩形叶片水流紊动具有三维各向紊动同性,而且叶片宽高比的改变并不影响其紊动的各向同性;植物的存在时会使明渠糙率系数极大的增加.     

用普林斯顿管测量明槽表面切应力

本文根据Preston管的理论基础——紊流边界层中的“壁面律”,采用自制的Praston管在率定流速的水槽中进行了对比验证,结果由Preston管测得的流速与标准流速吻合很好.利用带静压管的Preston管,测量了连续弯道的床面切应力,通过弯道床面切应力的分布规律进行了初步分析     

长江中游丙寅洲滩面护滩带守护方案概化试验研究

平原河流河漫滩护坡工程顶部与滩面衔接处常受到水流淘刷而导致护坡破坏。以长江中游丙寅洲守护工程为依托,参考边滩的护滩带结构,对丙寅洲滩面上流速较大的上游段护坡顶部与滩面的衔接区采取护滩带间距守护措施。通过概化定床与动床水槽试验,研究不同护滩带间距、高度对滩面水流结构与滩面稳定性的影响,优化守护工程措施。研究结果表明,在滩面流速相对较小的区域,采取护滩带间距守护措施的工程效果较好。     

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.     

局部冲刷坑形成影响桥墩附近流场特性的试验研究

通过对不同水沙条件下冲刷发展过程中3个典型时刻桥墩前、后竖直对称面内流速、紊动量的测量和分析,定性地研究了冲刷发展过程中桥墩周围流场的水力特性、冲刷坑的形成与发展对桥墩周围水流结构作用强度的影响,以及防护工程应该实施的最佳时机.     

浮运围堰下沉过程中紊流宽度试验研究

通过局部动床概化水槽试验,采用MicroADV流速仪测量瞬时流速,得到浮运围堰下沉过程中围堰侧面纵向、横向和垂向紊动强度的分布情况。分析浮运围堰入水深度、行进流速、行进水深对紊流宽度的影响。结果表明:在试验条件下,浮运围堰入水深度对紊流宽度影响较大;行进流速、行进水深对紊流宽度影响较小。在试验范围内,围堰单独作用时水流相对紊流影响宽度D/B随围堰相对入水深度H c/H0的增加而增大,基本为线性关系。     

桥墩紊流宽度的试验研究

由于我国现行的《内河通航标准》(GB50139-2004)中,没有桥墩紊流宽度的计算方法,桥梁设计人员为了保证船舶航行安全,通常将桥梁跨度加大,这样既增加了结构设计的难度,又增加了工程的投资。通过水槽定床和动床试验,分析了行近流速、行近水深、来流角度、桥墩尺寸、桥墩墩型、桥墩冲刷等因素对桥墩紊流宽度的影响,利用量纲分析法对实测数据进行整理,推导出了桥墩紊流宽度的计算公式。     

船行波作用下生态护岸空腔结构动力特性研究

针对限制性航道船行波作用下的生态护岸问题,研发了新型生态护岸空腔结构,开展自航船舶模型水槽试验,研究船行波作用下腔体内流速分布、紊动特征及集鱼效应。结果表明,在船行波作用下,受腔体复杂结构控制,水体流动由低频波振荡流转变为高频边界层紊流,距边壁越远流速越大,且能量在各频率趋于均匀分布。腔体内紊动呈现多峰值并逐渐耗散的过程,正常船速4.60 m/s时,最大紊动能为0.002 5 m²/s²,位于鲫鱼的偏好动能范围之内;船速增大至6.3 m/s时,最大紊动能为0.177 1 m²/s²,超出鲫鱼的偏好动能范围,不利于鱼类栖息,船舶在鱼类重点保护区宜限速航行。     

水深对沙波紊流特性影响的数值分析

运用FLUENT软件雷诺应力紊流模型(RSM)及SIMPLEC算法,对不同水深下沙波紊流特性进行数值模拟分析,模拟结果与实测结果吻合良好。在此基础上对4种不同相对水深下纵、垂向流速、压强及雷诺切应力分布规律进行研究。研究结果表明:相对水深较大时紊流特性受沙波地形影响较小,只有近底水体受沙波作用;相对水深较小时整个水体都会受到影响。在沙波尺度不变的条件下,紊流强度一般随水深的增加而减小,不同位置处的沙波紊流特性受水深影响程度及变化规律均不同。最大压强水平位置受水深影响的变化规律与再附点基本一致,可将最大压强作为再附点位置的判断依据。     

开敞水域中斜跨航槽水流的流速计算

通过理论分析,运用试验数据,对开敞水域航槽中心垂线平均流速变化规律进行探讨,同时给出了航槽中心垂线平均流速的计算公式。在表达式中,边坡采用了比以往幂函数更为合理的指数函数形式。最后,用水槽试验数据对所得公式进行必要的验证,计算值与实际值吻合较好。     

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。