长江口北槽悬沙垂线分布经验公式研究*

利用Rouse公式对长江口多次实测资料进行整理分析,得出了长江口北槽纵向悬沙垂线分布的特征,验证了描 述悬浮泥沙垂线分布的Rouse公式的适用性,阐明了利用Rouse公式推算得到的不平衡条件下泥沙沉速与实际泥沙沉速的差 异,并利用不平衡条件下的垂线分布公式和北槽悬沙垂线分布实测资料,率定和验证了不平衡输沙系数和垂线平均含沙量 的经验关系式,在此基础上,建立了适用描述长江口北槽悬沙垂线分布的经验公式,并通过实测资料得到了验证。     

含沙量沿垂线分布的研究

文中以紊动扩散理论[1]为基础,针对不同的流速分布规律,提出均匀及非均匀悬移质泥沙沿垂线的分布规律,并对罗斯公式[2]和基于张洪武流速公式[3]的含沙量沿垂线分布的公式做一对比,与实测资料对比发现,后者与实测更加接近,并且克服了含沙量在水面处为0的弊端。     

悬移质浓度垂线分布-求解费克第二定理

文中从挟沙均匀水流运动特征出发,分析得到,泥沙的扩散是床面连续面源垂直向上的一维扩散,服从费克第二定理.泥沙扩散的直接媒介是大尺度旋涡.借助量纲分析,直接求解费克第二定理,得到浓度垂线分布公式为代数高斯公式.公式与实测点符合较好,尤其在水面附近仍能保持误差最小,克服了许多公式的缺陷.     

悬移质含沙量垂线分布

根据尼古拉兹实验结果拟合得到一个新的掺混长度表达式。将新掺混长度表达式与对数流速梯度相结合,得到动量传递系数的表达式。在此基础上假定泥沙紊动扩散系数与对应的动量传递系数相等,进而得到新的含沙量垂线分布公式。该公式与Rouse公式、van Rijn公式以及张瑞瑾公式相比,精度十分近似,有效地解决了Rouse公式表层含沙量为零,van Rijn公式分段表述结构不统一,以及张瑞瑾公式结构过于复杂的缺陷。利用多个海域实测资料对其进行验证,验证结果表明,新的含沙量垂线分布公式能够较客观地反映含沙量垂线分布规律。     

Engelund弯道横向流速公式改进

Engelund弯道环流公式理论性强、国际上应用广泛,但底部边界条件假设不尽合理,致使公式不适用于粗糙床面。修正了底部滑移速度,提出河底横向湍流切应力形式,将两者用于边界条件。据此得到光滑和粗糙床面统一的弯道环流流速公式,改进了Engelund公式。改进公式具有普遍适用性,且计算值与实测资料符合度优于前人公式。     

波流共同作用下泥沙扩散系数沿垂线分布的探讨

为了计算波流共同作用下含沙量沿垂线的分布,建立了沿垂线分布的泥沙扩散系数模型。通过悬沙模型反求泥沙扩散系数的方法来拟合系数。实测资料表明该模型可以比较准确地直接计算泥沙扩散系数沿垂线的分布。     

钱塘江河口细颗粒泥沙起动流速研究

采用泥沙水槽试验研究了钱塘江河口不同粒径的泥沙起动流速。针对室内水槽试验水深条件的局限性,提出了以实测含沙量过程线拐点附近相应的垂线平均流速为泥沙起动流速的方法,得到了水深范围介于0.15～13.6m、中值粒径介于0.002~0.07mm的泥沙起动流速。张瑞瑾、窦国仁公式与沙玉清泥沙起动公式对比结果表明,各公式对于浅水深的水槽试验值均有较高的计算精度,而对于大水深起动流速均明显偏大。以张瑞瑾公式为基础,通过多元回归分析法修正有关系数,建立了适合于钱塘江河口细颗粒泥沙的起动流速拟合公式。     

有植被明渠垂向流速分布特性的试验与研究

通过水槽试验,研究了植被层以下和植被层以上垂向流速的分布规律。建立了植被层以下垂线流速的三次函数公式和植被层以上垂线流速的对数公式,同时提出了相关系数的确定方法,并通过试验数据和其它水槽流速资料进行验证,表明提出的明渠流速分布律与实际分布是比较一致的。     

瓯江河口挟沙力公式研究

借鉴两种河口区常见的公式形式,考虑到挟沙力主要与水流流速u,水深h,泥沙沉降速度ω,以及重力加速度g有关.进而运用峰值法、半潮平均及全潮平均法处理瓯江口1999年以及2005年水文实测资料,并用不同方法对资料进行处理后,分别作出垂线平均含沙量S随v2/(gh)和v3/(ghw)的变化图,进行相关分析,得出在全潮平均时S与v2/(gh)的相关系数最好.最后用matlab进行回归分析,得到相关系数较好的瓯江河口挟沙力公式.     

二度非均匀流流速分布初探

对雷诺(Reynolds)方程进行简化得到二度恒定非均匀流运动方程。考虑到非均匀流垂线剪力分布与均匀流不一致,将其差值称附加剪力。应用布辛涅斯克(Boussinesq)假定,最后获得二度恒定非均匀流垂线流速分布公式。计算与水槽试验实测结果符合良好。     

DTMB5415驱逐舰绕流的数值模拟

本文采用RANS方程及RNG湍流模型数值模拟了带方尾及声纳罩的5415驱逐舰绕流，计算结果表明对复杂的实际船形，CFD能有效地预报船体周围流场、波形和阻力等船舶设计感兴趣的水动力性能参数，为船形分析及优化提供了有力的工具。     

绕船体自由表面流的数值模拟

本文采用RANS方程和VOF算法数值模拟了系列60粘性自由面流动，比较了幂指数律，二阶迎风，QUICK格式对计算结果的影响，详细给出了波形，阻力，伴流等的计算结果，与试验及其它计算结果比较显示本文的计算方法具有较好的计算精度，可用于船型性能分析和优化。     

A finite pointset method for the numerical simulation of free surface flow around a ship

In this paper, we present a Finite pointset method (FPM) for the numerical simulation of free surface flow around a ship in calm water. It is a Lagrangian and meshless particle scheme which is applied to the projection method for the incompressible governing equations. This requires the solution of Poisson problems in each time step, so a moving least squares (MLS) interpolants is used for the spatial derivatives in order to discretize the Poisson equation with pressure-Dirichlet condition of free surface flow in meshless structure. Meanwhile, an additional problem of the periodic particle locations redistribution in the present approach is still handled by MLS interpolants. With the proposed FPM technique, problems associated with the free surface flow around a ship are circumvented. A verification of numerical modeling is made using the Wigley hull and the validity of the proposed methodology is examined by comparing the detail of wave profile and wave-making resistance with Series 60 model. The results demonstrate that FPM is able to perform efficient and stable simulations of free surface flow around a ship.     

深槽水域垂向二维水沙运动数值模拟

采用网格堵塞技术实现实际地形的模拟,采用有限体积法离散方程,采用SIMPLER算法求解耦合的速度场和压力场,并建立了沿宽度积分的垂向二维水流泥沙数学模型。将计算结果和试验资料进行对比,结果吻合良好。     

水翼复合小水线面双体船低阻特性的数值分析

为了获取高速航行的复合船型的阻力,基于Star-CCM+软件平台,考虑到航行姿态变化的影响,通过求解RANS方程和船体运动方程,采用DFBI的方式实时监控船体受力,在运动稳定后得出船体的航行姿态及阻力。本文选取一定速度范围内的水翼复合小水线面双体船进行数值计算,并和模型试验进行对比,计算结果与试验数据吻合较好,较适合该类船型的阻力估算。     

明渠交汇口水流浅水二维数学模型研究

针对明渠交汇口缓流流动特性,建立基于高性能有限体积数值方法、具有二阶精度的非恒定浅水二维水流数学模型。基本控制方程采用浅水二维水流方程;采用能够有效捕捉激波的高性能有限体积方法离散控制方程;采用了隐式方法处理阻力项,从而保证了模型的稳定性。采用非结构三角形网格系离散计算区域。最后,应用实测资料对两种模型进行了验证比较,结果表明该模型可模拟明渠交汇口基本流动特性,显示了对天然河流广阔的应用前景。     

基于CFD的潜艇阻力及流场数值计算

运用雷诺平均N-S方程,使用CFD前处理软件ICEM CFD划分流场网格,采用RNG k-ε湍流模型,实现了对裸潜体、带指挥台围壳艇体、带十字尾翼艇体、全附体潜艇4种模型的阻力及粘性流场的数值模拟。通过数值模拟,得到了潜艇表面压力分布情况和附体附近流场的一些特性,为进一步优化潜艇的艇型和分析潜艇的流噪声打下了基础。而阻力的对比在一定程度上验证了数值模拟的可靠性。     

水下航行体表面状态细节流动特性数值分析研究

本文采用数值求解RANS方程的方法,对于水下航行体表面状态细节(小突体、孔穴)的流动特性进行了研究.计算详细地给出了航行体带小突体与表面开设孔穴后的阻力与流场,结果表明它们对于航行体水动力性能有明显的影响,在设计中应加以优化处理.     

大涡模拟在河道平面二维水流模拟中的初步应用

通过丁坝对水流进行控制是航道整治中常用的工程措施,丁坝附近水流呈强紊动特性,大涡模拟相对于基于雷诺方程的时均模型对涡旋有较强的捕捉能力。在直角坐标系的基础上,将大涡模拟中的亚格子应力模型(SGS模型)引入河道水流平面二维数学模型中,通过盒式滤波函数将控制方程进行滤波,大尺度量通过控制方程直接求解,小尺度量借助Smagorinsky提出的亚格子尺度应力模型进行求解。采用空间等步长的正方形网格和交替方向隐式差分法对其控制方程进行离散求解。将模型初步应用于非淹没丁坝绕流的数值模拟中,计算结果表明,该模型对湍流旋涡的捕捉和水深计算较为合理,计算精度可满足工程实践要求。     

带流水孔潜体流场数值模拟

本文通过求解RANS方程,结合PISO算法与k-ω湍流模型,数值模拟了带有两种不同形式流水孔(纵缝式与格栅式)潜体的内外流场.数值模拟给出了流水孔流场的精细结构,计算并分析了潜体各个壁面上阻力成分的大小与成因.计算得到的流水孔阻力增量与试验值吻合较好.对计算结果的分析表明:流水孔引起的阻力增量主要集中在导流板与流水孔壁上;内部空腔壁上的阻力值是可以忽略的小量;涡旋流动主要集中在导流板之间;流水孔阻力系数随雷诺数的增加而趋于一稳定值.计算结果表明,本文中使用的方法可用于模拟流水孔内外流场.