弯曲河段船闸引航道通航水流条件模拟

弯曲河段船闸上游引航道口门区存在复杂的流态，如回流、斜流等。采用物理模型试验与数值模拟相结合的方法，通过改变节制闸调度方式对船闸上游引航道及口门区通航水流的水力特性进行研究。结果表明，当上游来流1 000 m3/s，节制闸开启中四孔最大横向流速及回流流速明显小于节制闸开启左八孔；当上游来流1 500 m3/s，节制闸开启中四孔最大横向流速及回流流速大于节制闸开启左八孔；流量一致情况下，断面测点流速分布差别较大；控制节制闸调度方式可以有效削弱回流及斜流效应，保证通航安全。     

江苏科技大学船舶工程实验室——波浪水槽

<正>波浪水槽长40m,宽0.8m,深1m。造波机推板行程±350mm,频率范围0.2～2.0Hz,最大波高400mm。造流系统采用1台7.5kW双向轴流泵,采用变频控制器调速,最大流速0.3m/s。测试仪器有浪高仪、水流流速仪、压强测试仪、总力测试仪器等,在添加风机和盖板后也可以造风,能满足工程上的试验要求。     

浮式板-网阻流装置周围流场特性研究

随着深远海渔业养殖工程的推进,如何通过装备设计来降低海流流速是大型网箱养殖向深远海发展的关键技术之一.文中提出一种新型板—网阻流装置,利用刚性板与柔性网衣对水流质点的阻滞效应,达到阻流效果.基于Realizable k-ε湍流控制方程,建立粘性流的三维数值水槽,采用含多孔介质的动量源项模拟水流与网衣的相互作用,对不同流速和网衣密实度条件下阻流装置的阻流效果进行了参数化分析.研究结果表明：在0.8～1.5 m/s流速范围内,随着流速的增加,阻流装置阻流效果逐渐降低,但总体阻流效率不低于35%;根据不同水深处测点流速变化可研究发现,网衣与刚性结构阻流效果较为接近,表明网衣能够有效进行阻流,同时增加网衣密实度,能够提高阻流装置阻流性能.     

泻湖通道口门处新建码头工程对潮流场的影响研究

本文以海口港马村港区为研究对象,通过物理模型试验的手段,分析研究在花场湾泻湖通道口门外通过回填陆域形成码头的方案建设对流场、航道水流的影响情况,着重分析其对泻湖通道通航环境的影响大小。研究结果表明:进港主航道内平均流速在0.28~0.59m/s间,最大流速为0.59m/s,航道最大横流为0.11m/s;泻湖口门处通道由于受新建码头影响流速减小,出流期最大流速为0.50m/s,进流期最大流速为0.47m/s。潮段平均流速出流期为0.30m/s间,进流期为0.34m/s间,较现状均有所减小。     

秦皇岛市人工岛工程潮流数值模拟研究

建立基于三角形网格的二维潮流数学模型,对秦皇岛市旅游休闲人工岛工程开展了潮流数值模拟研究。所建模型反映了该海域往复流形式的运动特征,流向主轴与等深线基本平行。模型结果表明:(1)人工岛建设影响范围仅限于人工岛周围局部海域。山海关港区及航道、秦皇岛港区及航道分别处于人工岛东西两侧流速减小区域内,山海关港区与秦皇岛港区间近岸水域处于流速增大区域内。(2)人工岛位置对流场影响较小,流速变化基本控制在0.10 m/s以内。最大涨、落潮流速变化分别为0.09 m/s和0.06 m/s。(3)双鱼造型轮廓光滑,水道内平均流速控制在0.36 m/s以内,最大流速为0.68 m/s。     

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。     

植草型双模袋生态混凝土护坡抗冲性能试验研究

植草型双模袋生态混凝土护坡是自主研发设计的一种新型护坡结构,试验自制试水流冲刷试验装置,设定最大设计流速为3m/s,对3种不同形式的护坡模型进行冲刷试验,计算护坡植被区的床面切应力及摩阻流速,分析各护坡的抗冲特性,试验结果表明:随着冲刷流速的增大,模型箱植被区的床面糙率逐渐减小,而模型箱植被区所受到的床面切应力逐渐增大。植草型双模袋生态混凝土护坡的抗冲刷性能明显优于其它型式护坡。当试验水流以最大设计流速3m/s的流速连续冲刷5.37h后,植草型双模袋生态混凝土护坡发生破坏,此时的床面切应力为285.3N/m2,摩阻流速为0.53m/s。     

试验水池造流剖面数值仿真

为评估试验水池造流剖面流速分布，采用计算流体力学(CFD)软件对试验水池主体的造流剖面进行二维模拟和三维模拟。结果显示，射流倾角与流道高度对试验区水流流态具有关键性的影响。分层开启流道和不同流量配比工况可分段满足工艺指标要求的流切变，且横向水流的偏差不大于10.0%。二维模拟和三维模拟的结果存在一定差异，但整体趋势基本相同。因此，二维模拟可用于前期方案优化。     

引江济淮跌水工程汇流口通航条件三维数值模拟*

基于VOF法的RNG k-ε双方程紊流数学模型,对引江济淮工程韩桥跌水工程水流压强特性及下游通航水流流态进行三维数值模拟,对消能效果进行分析评价,并根据原布置方案的流速分布情况以及水流特性,对方案进行调整优化。结果表明：韩桥跌水工程原布置方案,在支流20 a一遇和5 a一遇流量通航工况条件下,汇流口横向流速值均不符合规划值要求,最大横向流速0.46和0.35 m/s;优化后的工程方案消能效果良好,汇流口区域横向流速与回流流速均满足设计要求,5 a一遇不利通航工况和20 a一遇设计通航工况最大横向流速分别为0.13和0.25 m/s,可作为推荐方案。     

从江航电枢纽泄水闸开启方式优化研究

利用从江航电枢纽整体物理模型,研究986 m3/s、1 536 m3/s和3 200 m3/s等三级控泄流量时,闸门开启高度、闸门开启顺序对枢纽下游水流条件的影响。重点分析观测的各方案枢纽坝下流速流态和下游船闸口门区及连接段的表面流速,得出该流量级泄水闸开启的优化方式。流量较小时,泄流闸开启孔位对下游河道水流条件有较为明显的影响;当流量较大时,泄水闸开启孔数增多,相应孔位的不同对下游河道水流条件影响作用减弱。在控泄流量时,泄水闸开启以分散开启或全开方式较好;既便小流量时,因电站出流的影响,泄流闸也宜采用分散开启方式。     

曹娥江清风枢纽船闸闸下流态研究

曹娥江新建清风枢纽船闸东侧将原翻板闸拆除,改建为10孔泄水闸,泄水闸东侧为清风枢纽电站,船闸下游河道缩窄导致泄水闸和电站下泄水流对船闸下游引航道流态造成不利影响。采用整体物理模型试验研究不同流量和泄水闸开启方式对船闸下游引航道的影响。试验表明：当河道流量大于850 m3/s时,无论采用何种泄水闸开启方式都无法使船闸下游引航道流速满足规范要求;当河道流量小于850 m3/s时,采用所有闸门均匀开启的方式均有利于减弱泄水闸下游回流强度,同时使引航道流速满足规范要求。     

围垦工程对大小鱼山海域潮流的影响

采用MIKE21-HD软件建立了大小鱼山海域潮流数值模型，并利用实测资料对其进行验证。在模型基础上，针对大小鱼山海域岛间的复杂潮流条件，利用潮流数值模拟分析大小鱼山围垦工程对周边水动力条件的影响。模拟结果显示：1）围垦工程的影响范围主要集中于围垦区附近，未对大范围海域水动力条件造成影响，潮平均流速变化基本在0.5 m/s以内。2）在围垦区东西两侧弱流区产生1.5～2 m/a的淤积，其余水域海床冲淤幅度基本在1 m/a以下。因此，该围垦工程实施是可行的。     

风浪流作用下单船艏艉锚泊允许波高的试验研究

研究风浪、浪流和风浪流联合作用对275HP拖网渔船单船艏艉双锚锚泊时锚泊力和运动量的影响。试验结果表明,风浪作用下的锚泊力和横摇角度均大于纯浪作用的情况;流速小于1.0 m/s时浪流作用下的锚泊力大于纯浪作用的情况,而横摇角度则略小于纯浪作用的结果;风浪流联合作用下的艏艉拉力均大于风浪或浪流作用下的拉力值。由于渔船艏艉受风和受流面积的区别,导致艏拉力时流的影响较大,而艉拉力时则风的影响较大。由于流作用时渔船具有的初始横摇角度对其运动具有抑制,从而风浪流联合作用时的横摇角度要略低于风浪作用下的角度值。在本次试验范围内,当港内同时有10级左右风和小于1.0 m/s流速的流共同作用时,建议允许有效波高取0.6 m比较合适。     

超大型集装箱船进出受限港池口门通航条件分析

由于港池口门存在临时码头等限制条件,口门处通航宽度不满足超大型船舶进出港池的要求。拖轮拖带辅助作业可减少超大型船舶进出港池的安全隐患。通过船舶操纵模拟试验并对结果进行分析,得知港池口门外水流流速和风力对拖带船舶进出港池的航行轨迹影响较大。口门外水流流速不大于0.45 m/s、风力不大于6级时船舶可安全进出港池。理论分析与试验研究表明,在通航宽度计算结果不满足规范要求时,可采用拖轮拖带辅助作业并限定风、浪、流等边界条件的方式,达到船舶安全进出港池的目的。     

引江济淮五老堰跌水工程汇流口通航水流条件及改善措施*

基于VOF法的RNG k-ε双方程紊流数学模型,对引江济淮工程五老堰跌水工程水力特性及下游通航水流流态进行三维数值模拟,研究汇流口通航区域横向流速及流态特征,分析原设计方案汇流口通航水流条件不满足规范要求的原因,并通过跌水工程后退、减小汇流角度和优化翼墙与干渠连接弧度等措施对原设计方案进行调整优化。结果表明,优化后的工程方案汇流口区域横向流速与回流流速均满足设计要求,5和20 a一遇通航工况最大回流流速分别为0.10和0.16 m/s,最大横向流速分别为0.13和0.27 m/s,可作为推荐方案。     

压载水UV处理装置优化设计及实验研究

IMO制定的压载水处理D2标准已对颗粒物和细菌及微生物的数量等做了明确的规定,利用紫外线杀菌具有高效、洁净、方便的特点。提出了对原有的UV处理装置内增加了进出口导流板和筒体内平面导流板,它改善了UV处理装置内的流场分布和辐照剂量的均匀性。模拟结果显示,优化后的装置它的平均流速为1.18m/s,低于原先的2.43m/s平均流速,使辐照时间增加了1.030s,辐照剂量呈正态分布。通过生物实验测试,验证了优化后的装置能将10~50μm生物数量控制为平均0.02cfu/ml,50μm以上生物数量控制为2.33cfu/m3。在紫外灯管数量及功率未增加情况下,它节约了处理时的能耗,达到了理想的杀菌效果。     

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.     

赣江南支吉里枢纽通航水流条件试验研究及其优化措施

赣江南支吉里枢纽位于S形急弯河道，河势地形复杂，引航道口门区及连接段水流条件较差，依托1:100整体水工物理模型对其通航水流条件进行研究。结果表明：1）枢纽上游水流条件复杂，通过调整上游航线与主流交角至31.08°、整治滩地子堤高程至17 m、土堤退后30 m、合龙等工程措施，基本满足水流横向流速在0.3 m/s之内的要求。2）枢纽下游口门区及连接段可通过调整下游切滩角度至10°使得各项流速指标满足规范要求。     

引航道与河流主航道的夹角对通航条件影响试验

分析总结了山区河流通航建筑物引航道与河流主航道夹角形成的因素。通过概化物理模型和船模航行试验,研究了船闸布置在弯道凸岸以及引航道与河道斜交布置2种条件下,引航道与河流主航道不同夹角时,口门区和连接段的通航条件。试验表明,当船闸布置在弯道凸岸附近,河道流速为1.5～2.0 m/s时,转弯夹角宜小于20°;当引航道与河道斜向布置,河道流速为1.5 m/s时,夹角宜小于等于25°,当河道流速为2.0～2.5 m/s时,夹角宜小于等于20°。     

基于多功能航标监测数据的流态复原应用研究

应用多功能航标的实测数据建立平面二维水流数学模型，准确复原所在河道流态，分析了模型的可适用性及可调整性，结果表明：1)模型适用性较强，在初始条件、边界条件匹配和不匹配时，模型均可应用多功能航标实测数据实现对河道的流态复原，其中水位误差在10 cm以下，流速误差约0.2 m/s,流场复原与实际情况相符。2)模型具有较好的参数可调整性，不同情况下依据多功能航标数据通过局部参数微调即可完成模型的率定。