长江中游戴家洲河段天然水流特性试验研究

文章对长江中游戴家洲河段的来水来沙特点进行了分析。通过实体模型试验,对该河段水流动力轴线的位置、戴家洲洲头局部流态、分汇流点的位置以及各级流量下断面平均水深、断面平均流速进行了深入分析,对各级流量下的比降、分流比进行了研究,并对两汊平均流速、平均水深,涨、落水期的水深、流速、比降等进行了比较,以加深对河段水流运动规律的认识,同时为工程方案整治效果的分析比较打下基础。     

基于非接触高精度实验的明渠非恒定流特性研究

水流的特性是研究水流运动的基础,天然河道中水流一般呈现非恒定性,由于非恒定流自身较为复杂,其拖拽系数、粗糙长度和摩阻流速方面的研究一直未能有较大的突破。基于非接触高精度PIV水槽造流实验,通过采集涨落水时的实测数据,得到了明渠非恒定流摩阻流速、粗糙长度和拖拽系数的变化规律。     

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。     

明渠弯道水流三维数值模拟*

采用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程组,其中动量方程的雷诺应力项用k-ω涡黏紊流模型求解,结合VOF方法跟踪自由水面,运用Fluent软件模拟了明渠180°弯道水流的三维特性。通过将数值模拟的水位结果与试验资料进行比较,表明数值模拟能够有效地预测弯道水面高度的变化范围以及水面横比降的主要影响范围;同时分析了弯道水流不同水深的平面流场和典型断面弯道环流分布。     

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。     

叙泸段河道非恒定流作用下水力参数的变化

金沙江与岷江干支流上水电站调峰发电下泄非恒定流引起下游叙泸段河道水流条件显著变化。结合一维非恒定流数学模型和实测资料分析研究叙泸段河道内代表性非恒定流传播过程及其造成水力参数相对于概化恒定流条件时的变化情况。结果表明:叙泸段河道内典型非恒定流波长为218 km,传播速度3 m/s;随着传播距离增加波衰减幅度减小,波形变得光滑;当宜宾水位处于波峰时,下游沿程流量呈现递减趋势,波谷则正好相反;相对于恒定流条件,其流量变化范围为0~730 m3/s,水位抬升0.5~2 m;断面平均流速变化在-0.5~0.2 m/s,比降变化范围为-0.2‰~0.2‰,比降最大值为1.38‰。     

三峡—葛洲坝间河段汛期通航水流条件研究

两坝间河段是长江中上游的咽喉河段,受两岸高山峡谷制约,汛期水流流速大、比降大,呈洪水急流滩特性,再加上受三峡电站调峰和葛洲坝电站反调节的双重影响,通航条件极其复杂,安全风险多,监管压力大,通航管理要求高。本文采用平面二维水流数学模型模拟分析了恒定流和非恒定流条件下重点滩段的水位、比降、流速等水流特性,研究成果可为两坝间适航流量研究提供技术支撑,为两坝间河段船舶航行和通航管理等提供参考。     

和畅洲水道深水潜堤施工过程引起的水动力变化

和畅洲水道拟在北汊修建潜堤的位置水深流急,施工难度大。通过建立三维水动力数学模型,计算分析拟建上游潜堤逐步抬高施工过程的不同阶段中潜堤附近水流结构的变化情况。结果表明:施工过程中潜堤附近局部水面比降最大达3‰;随着施工过程的推进,深槽主流流速及流速梯度逐渐增大,对堤前流速影响主要在30 m范围以内,最大垂线平均流速和表面流速分别为1.85、2.1 ms。研究成果可为和畅洲大水深施工过程中可能遇到的局部水动力变化导致的施工措施的调整提供参考,以提高施工精度。     

电站泄流对乌江渡码头河段航行影响改善研究

为解决乌江渡水电站泄流作用下电站下游乌江渡码头进港困难问题,文章采用二维数学模型对水流进行模拟结合航行阻力分析方法,对乌江渡码头河段通航水流条件进行研究。首先对恒定流通航条件进行了分析,发现了恒定流碍航基本发生在最低通航流量。然后基于电站一些典型泄流过程,采用10 min水位变率、流速和比降分析非恒定流历时变化,研究了电站泄流传递过程对通航水流条件的影响。最后针对电站泄流引起泄水波波锋所到河段局部比降、流速快速增大,进而导致通航水流条件恶化问题,提出了"对航道进行理直、拓宽"优化航道布置形式结合"电站泄流由单次改为延时多次"调整枢纽泄流方式的改善措施,基本解决了乌江渡码头通航水流碍航问题。上述成果为改善类似碍航问题提供了参考。     

乌江渡电站泄流对乌江渡码头航行影响

为分析乌江渡水电站泄流对下游乌江渡码头通航水流条件的影响,建立了乌江渡码头河段二维非恒定流水流数学模型,并运用实测水位流速资料对模型进行验证。对恒定流通航条件进行模拟分析。针对电站发电泄流代表方式,采用流速和比降历时变化、10 min水位变率,分析电站泄流引起的乌江渡河段通航水动力变化过程。结合船舶上行能力,分析电站泄流对船舶进港靠泊的影响。