平底闸平面闸门孔流流量计算

本文对平底闸平面闸门下孔流的流量进行了研究.在大量的模型试验的基础上得到了计算自由孔流流量系数的公式,该式与现有成果相比有较高的精度和较广的应用范围.文中应用明渠干扰波传播的原理对孔流淹没的物理本质进行了解释,并根据干扰波波速与闸下收缩断面流速相等的条件导出了孔流淹没的判别式.最后应用量纲和谐原理和模型试验资料得到了淹没孔流流量和流量系数的公式,用这些公式计算甚为简便.     

基于CFD的自动计量弧形闸门水力特性三维数值模拟

建立了自动计量弧形闸门不同开度时,闸门安装段流体计算域的三维模型,采用VOF模型及标准k-ε模型对过闸水流进行三维数值模拟.获得过闸水流的流动特性和渠底所受压力曲线,分析其流速、流场、压力分布的变化规律,提出了闸门安装段渠道结构的改进方案并进行仿真.结果表明:与现有弧形闸门安装渠道相比,修建消力池、加长闸后矩形明渠的长度,不仅可以削弱水流对渠道的冲刷与破坏作用,减少闸门底部泥沙堆积,而且闸门前后渠底所受压力平稳区的水压波动范围减小,有利于提高水位测量精度.     

闸门调控下的水动力学模型建立与应用

考虑闸门前后水位对淹没系数的影响,利用泰勒展开和有限差分法,对闸门过流模型进行了改进,建立了闸门调控下的水动力学模型.选取南水北调中线一期工程总干渠的部分渠段对模型进行了模拟计算.水面线及闸门过流的计算结果表明,模型合理可靠,可以实现闸门过流的连续模拟并提高计算精度.初步应用该模型进行了闸前常水位模式下典型渠段的水力响应计算,分析了平衡状态的渠道水面线及闸门运动变化.结果显示,闸前常水位运行模式下,闸门开度变化与过流量变化一致,节制闸的启动时间与上边界的距离和流量增减关系密切,计算水面线符合水力学的一般规律.模型可作为输水明渠调度控制决策的有效研究工具.     

非对称复式断面明渠水流特性试验与数值模拟

采用三维超声测速仪对非对称复式断面明渠水流流场特性进行试验研究,采用L-Y雷诺应力模型对水面和固壁边界条件进行有效地处理,结合混合有限分析法数值模拟了复式断面明渠二次流流动,和实验资料的对比验证了数值计算和边界处理技术的合理可靠性.进一步分析复式断面明渠二次流运动的流动结构和特性,得到复式断面明渠流动中的二次流分布速度矢量分布、主流流速等值线及典型断面沿水深的主流流速分布,发现自由水面上的主流速度存在速度下降现象,二次流产生最明显的位置在明渠主槽与浅滩的接合部.     

梯形断面明渠丁坝绕流水力特性三维大涡模拟

对梯型断面明渠非淹没式单一丁坝绕流水力特性进行三维数值模拟,为丁坝的设计和施工提供理论基础支持。数值模拟采用两相流混合模型,并分别选取大涡模型(LES)和RNG k-ε湍流模型封闭两相流时均方程。速度与压力的耦合使用半隐式SIMPLE算法,模拟自由水面采用了VOF法。通过不同截面流线图和流速矢量图的比较得出大涡模型能更好地捕获水流瞬时流动特性,动态再现二次流动结构;并将其模拟的丁坝后回流区域边界线与试验值对比,两者吻合良好,表明大涡模型能够很好地模拟明渠丁坝绕流的水力特性分布规律。     

长江浦口段江滩复绿对河道行洪能力的影响

为分析长江浦口段江滩复绿工程对河道行洪的影响,基于MIKE21 FM建立工程区段二维水动力模型,采用Moghadam淹没植被明渠糙率公式模拟植被阻水作用,研究植被对滩面糙率的改变及对行洪阻力的影响。选取水位和流速为观测指标,分析复绿前后滩地、主槽水面线变化和流速分布变化,研究不同流量条件下,植被带对行洪影响能力的影响。结果表明,江滩复绿后,河段上游水位壅高,滩地流速减小,主槽流速增大;滩面淹没水深小于临界水深（1.3m）时,上游壅高随流量增大而增大;滩面淹没水深大于临界水深时,上游壅高随流量增大而减小。     

弯道局部非淹没刚性植被水流特性研究

摘要对180°弯道局部长有非淹没刚性植被的水流特性进行了研究．用钢筋来模拟天然河道的刚性植被,采用三维多普勒超声流速仪（ADV）分别对无植被和局部有非淹没刚性植被2种情况下的弯道水流流速场进行了测量,得到了水流沿程各断面的三维流速和紊动能分布,对2种情形的试验资料进行了比较．结果表明：植被的存在使得弯道流速重新分布,水流内部结构发生明显改变．基于等效阻力系数法,采用水深平均模型对局部非淹没刚性植被水流进行了二维数值模拟,计算结果与试验数据基本一致,表明该数值格式能预测弯道植被水流的特性．     

冲积床面上明渠水流湍流特性及其与底层泥沙起动关系的试验研究

利用声学Doppler测速仪测量了明渠水流在不同水深、流速、泥沙粒径情况下的瞬时流速分布和泥沙起动流速,研究了可动粗糙床面明渠水流的湍流特性.利用实测断面流速分布,采用非线性回归拟合出对数律流速分布的各参数,进而参照Эегжда的实验曲线研究了冲积床面上明渠的阻力分布规律,计算出各断面的相对脉动强度、Reynolds应力、湍流动能,并对各种不同情况下的明渠湍流分布规律进行了比较,描述了各粒径泥沙在不同水深情况下的起动流速以及泥沙起动时明渠底层各湍流特征的变化情况,研究探讨了冲积床面上明渠湍流各特征量的变化分布规律以及泥沙起动与水流湍流特性的内在关系.     

明渠减速流下床面摩阻流速研究

针对明渠非均匀流,采用立面二维数值试验的方法,并将雷诺应力垂线分布计算结果延伸至床面,以此计算减速流情况下床面摩阻流速,得到了不同壅水下床面摩阻流速的计算结果.研究表明:在壅水情况下,当流量和底坡相同时,壅水段摩阻流速随水深的增加而逐渐减小;在相同水深和底坡下,摩阻流速随流量的增加而增大;在相同流量和水深下,摩阻流速随底坡的增大而增大.为满足工程中计算的需要,根据数值试验结果拟合得到了明渠水流壅水情况下床面摩阻流速的实用计算式.     

闸堤枢纽与闸桥枢纽水力特性的试验研究

在平原河道,当排涝水位和分洪水位、排涝流量和分洪流量相差悬殊,又有蓄水灌溉要求,而河道本身宽阔时,采用主河道布置节制闸、两侧滩地布置溢洪道的枢纽布置形式比全河宽采用节制闸的单一布置形式经济。结合工程,对这两种枢纽布置对应的上下游流速分布、泄流能力等进了对比试验。对平原水闸过闸落差的确定、对闸桥枢纽各泄流部分对应的行近流速取值以及消力池尾槛高度对淹没堰流流量计算影响等问题进行了试验研究。     

基于LSTM神经网络的复杂工况下明渠流量预测

复杂工况条件下明渠流量预测是一项基础问题，通常是建立非线性偏微分方程组并数值计算，时间成本与时空步长精细程度成指数关系，需在精度与效率之间权衡。该文基于“实时感知、水信互联、过程跟踪、智能处理”水联网理论，研究了明渠水流控制中闸门上下游序列特征，结合了渠道与闸门各类动静态特征，提出了基于长短期记忆(long short-term memory, LSTM)神经网络的明渠流量预测方法。实验结果表明，该方法在各渠段上预测准确率均大于97%,效率在100 000条数据规模上比求解Saint-Venant方程的数值计算方法提高了308倍。该文验证了人工智能方法改进传统明渠流量预测问题的可行性，合理设计的深度学习模型可取得准确性与效率的双赢，为人工智能解决水力学问题提供了新的思路。     

分流闸三维水流数值模拟

本文通过数值模拟方法对某工程分流闸进行三维水流模拟,计算采用标准k-ε双方程紊流模型,有限体积法离散方程,对自由表面采用VOF方法进行处理。计算结果表明分流闸前扩散段水流流态稳定,分流墩前横向流速对闸孔主流未产生较大影响,临时封堵电站进口闸闸门前水面壅高。     

浅俯淹没射流水力特性

为探讨浅附淹没射流的水力特性,采用粒子成像测速技术获得水垫塘精细流场,系统分析淹没射流区和附壁射流区纵面二维流速分布规律。通过研究获得了淹没射流区和附壁射流区沿流程流速衰减和垂直于主流断面流速分布的公式。结果表明,浅俯淹没射流沿入射角射入水垫塘,射流潜底的俯角大于入射角;淹没射流区沿程流速衰减率大于附壁射流区;淹没射流区和附壁射流区沿程各垂直于主流的断面流速分布具有相似性或自保持性。     

无资料流域临界雨量的推导

无资料流域的水文预报一直是现代水文研究的一个热点和难点。本文采用大断面测量资料和圣维南方程组相结合的方式推导恒定流的水位流量关系曲线,在实地调查测量获取河道特征水位的情况下,利用水位流量关系曲线反推特征流量指标。结合GIS技术和计算机技术,应用瞬时地貌单位线理论,根据数字高程模型和坡面流速水力学公式,在推导出雨滴流路长度分布和雨滴汇流速度分布的基础上,进一步推算出流域瞬时地貌单位线和时段地貌单位线;提出了洪峰流量达标频次阈值指标,在降雨一定的前提下,随机分配雨量过程,采用时段地貌单位线进行汇流模拟,当模拟洪峰流量大于特征流量的频次处于阈值范围内,则认为此降雨值为特征流量相对应的特征雨量值。经过吉林中小河流21个控制断面的推广应用,证明这种方法是可行的。     

测流孔板数值模拟及流量系数的分析

孔板用于压力管道中测量流量,其特点是过流量小、流速低,而资料介绍的孔板流量系数都由模型实验得出.格鲁吉亚卡杜里电站采用跨流域引水方式,其引水道模型实验中采用此测流方法经济实用.本文采用标准k?ε湍流模型对孔板流场进行数值模拟,得到流速分布和流量系数,通过模型实验对低流速孔板的流量系数进行了验证,两者结果完全一致.在上述电站引水道模型试验中采用孔板测流的流量系数,试验结果完全满足精度要求.     

基于径向基函数的多闸门控制河流的洪水模拟

为了快速而准确地制定联合调度的复杂闸门水利枢纽处的洪水过程的防洪决策,开发了一种快速洪水模拟方法。以位于北京市北运河流域的北关分洪枢纽为例,采用二维水动力学模型计算了由上游来流量、闸门开度和相应下游水位等因素确定的800组工况;把模拟结果作为径向基函数神经网络的训练样本。这样,只用上游来流量、闸门开度、闸下水位就能快速地模拟出该区域的水位和流量。结果表明,模拟一组工况,用该方法只需不到1m in,而用二维模型需3h。     

光滑壁面明渠水流的三维格子玻耳兹曼模拟

明渠水流与泥沙运动、河床演变等问题密切相关,明渠水流特征的研究对于揭示明渠水流作用下的泥沙运动机理具有十分重要的意义.为此.应用新型数值模拟方法三维格子玻耳兹曼方法对明渠均匀流进行了研究.首先介绍了格子玻耳兹曼方法的理论基础、边界条件处理以及流动的驱动方式,接着分别模拟了明渠层流和光滑壁面紊流的近底水流运动.结果表明,得到的明渠层流流速和切应力分布与解析解吻合较好,同时较好地反映了光滑壁面明渠紊流的流速分区结构、紊动特性和阻力规律,从而说明格子玻耳兹曼方法在明渠水流模拟中具有较好的适用性,为进一步采用该方法研究明渠流近底泥沙颗粒运动机理奠定了基础.     

多级闸门调控下徒骇河流域雨洪演进模拟与分析

在多级闸门调控条件下,利用一维水动力模型软件Mike11软件建立了降雨径流和水动力耦合模型,设计了闸门全开、水位控制、水位差控制3种调控模式;对不同典型年下雨洪演进过程进行模拟,得到河道沿程水位流量变化趋势。结果表明:模型典型断面的模拟结果较好,各参数率定值可靠且可以基本反映雨洪演进过程,上、中、下游河床糙率率定值分别为0.029、0.033、0.035;水流状况受人工调控明显,主要表现在洪峰流量大小、洪峰出现时间以及闸前最高水位的变化上。     

黄河沙坡头连续弯道水流运动三维数值模拟

用可实现k-ε数学模型对黄河沙坡头建立水利枢纽后库区连续弯道的水流运动进行了三维数值模拟.得到了不同断面处垂线平均流速分布、断面流速分布、主流流速和二次流的数值模拟结果,对部分断面弯道环流及水面处离心环流进行了模拟和分析.数值模拟结果与实测结果吻合较好,表明该模型可以用于对具有连续弯道的天然河道河流数值模拟中.     

节制闸联合调度控制下明渠输水系统水力控制研究

本文对明渠输水系统下节制闸联合控制中的同步控制法和顺序控制法进行研究,对不同控制方法下长距离明渠输水系统在增流量和减流量工况下的各闸闸前水位、闸后水位、水力过渡时间等水力特性进行了分析比较。研究结果显示,当流量增大时,易采用提前顺序控制方法;当下游渠段流量因意外情况需要立即减少时,易采用同步控制方法。