近临界弯曲比率水槽水流与近床剪应力特性

床面剪应力诱发了水流垂向上流速分布不稳定性,压力和向心力不均则促使水流形成了弯道二次流.通过试验,研究了近临界弯曲比率(R/B=3)条件下,小宽深比(B/H=2)水槽中水流变化及泥沙输移特性.研究结果表明:二次流强度最大值出现在弯顶区域,床面剪应力最大值出现在弯顶偏凸岸一侧.弯道床面附近,不同层面上的剪应力最大值,从上游到下游先增大后减小;不同平面动力轴线随层面的高度增加而向凹岸偏离.二次流在不同断面形成不同的涡核,在弯道入口附近产生分离而在弯道下游逐步发展,涡核合并,二次流强度在弯顶区达到最大值.最后对二次流和床面剪应力作用下的床面形态结果进行分析.     

顺直微弯型分汊河道水流的紊动特性试验研究

对顺直微弯型分汊河道的水流紊动特性进行了试验研究,构建了分汊河道的物理模型试验系统,探究了在不同汊道宽度比和上游来流量条件下,水流在分汊河道沿程不同断面的紊动能分布特征.试验结果表明:在平面上,水流紊动最为剧烈的区域发生在支汊进口段凹岸的回流区与凸岸的高流速区之间的过渡地带,表、中、底3层的高紊动区的强度和范围以中层为...     

正弦派生曲线弯道中水沙运动特性动床试验

为了研究流量和弯曲度对弯道内水流泥沙运动特性的影响,在无黏沙质床面上进行固定边壁动床弯道模型试验,测量不同弯曲度和不同流量组合条件下弯道内的水流运动特性、地形演变和输沙强度.试验表明,水流动力轴线在相邻2个弯顶之间形成过渡段,弯顶下游凸岸一侧存在局部低流速区,该区域最早出现边滩形态;流量与床面形态之间的关系是非线性的,小幅度的流量变化引起较大的床面变化;微弯河道中浅滩、深槽分布规则,当河道弯曲超过一定程度时,显著影响床面的稳定性,床面形态变得复杂;随着弯曲度的增大,河道的输沙能力有减小趋势.     

弯道水流的混合有限分析解

建立了基于曲线拟合坐标系下的平面二维弯道水流数学模型,采用混合有限分析法进行了离散,对强弱弯曲河道矩形断面水流进行了数值计算.弱曲率弯道主流速度沿弯道外岸逐渐增加,在离心力作用下主流最大流速由凸岸逐渐向凹岸转移;且弯道水流的水面为一扭曲面,凹岸的水位线常形成上凸曲线,凸岸的水位线常形成下凹曲线.水面形态和流速重分布与相关文献实验结果符合良好,表明混合有限分析法与曲线拟合坐标的结合是一种可适用于弯道水流计算的有效格式.     

强弯河道水流结构及离散特性研究

对180°强弯河道水流结构及离散特性进行了研究.采用三维多普勒超声流速仪(ADV)对强弯河道5个典型断面的流速场进行了量测,得到了各典型断面上的实测流速资料;进而采用改进的分区模型,分别对强弯河道的横向和纵向离散系数进行了研究.结果表明:在弯道进口段,凹岸附近水流受到限制,流速减小,凸岸附近水流流速增大,纵向剪切流速较大,故纵向离散系数较大,此时二次流尚未形成,横向掺混并不剧烈,所以横向离散系数还比较小.随着水流入弯的不断发展,弯道内二次流逐渐形成并不断增强,最大流速逐渐向凹岸转移,此时横向剪切逐渐增强,横向离散系数逐渐增大;而纵向剪切趋于平缓,纵向离散系数逐渐减小.在弯顶附近,二次流得到充分发展,横向离散系数达到最大值.在弯道下游段,二次流强度逐渐减弱,横向剪切流速减小,使得横向离散系数逐渐减小,此时最大流速转移到凹岸附近,流速分布变化趋于平缓,纵向剪切流速变化幅度较小,纵向离散系数基本趋于稳定.     

180°弯道水槽表面流速分布研究

自然界中河流多是弯曲的,弯道水流结构分析是水力学及河流动力学最重要的课题之一,对河道管理和河流开发利用也有着重要意义.基于粒子跟踪测速(particle track velocimetry,PTV)技术对180°弯道水槽不同流量下的水流表面流速进行测量与分析.试验结果表明:除进口断面,凹岸侧表面纵向流速均大于凸岸侧表面纵向流速,中心线上的表面纵向流速沿程变化相对较小;水流进入弯道后,凸岸的水流开始向凹岸方向运动从而产生横向流速,当水流流过弯顶后,由凸岸向凹岸的横向运动逐渐消失.对比两个流量的流速分布结果,较小流量下表面水流的"顶冲点"发生在弯顶前,较大流量下表面水流的"顶冲点"发生在弯顶后,较小流量下的凸岸侧水流更容易向凹岸方向运动.     

长江中下游河道的特征及其防洪对策

根据长江河道的特征，制定、采用不同的防洪对策，是当务之急的大事。在自然裁弯频繁的荆江弯曲河道，实施人工裁弯已取得了利大于弊的较好效果，提高了防洪排洪能力；但Ｐａｉ洲弯道的裁弯，在未能提高黄石－武穴河段泄洪能力的前提下，将会出现武汉河段的河床淤积，加重武汉的防洪负担。对分汊支数较多或演变周期短的鹅头形弯曲分汊河段，则可堵塞掉一部分衰亡中的支汊，加强发展中的主汊，促成稳定单一河道的形成，取得改善洪条件     

弯曲分汊河型主支汊交替模式及驱动机制研究

弯曲分汊河型兼具弯道与汊道的双重属性,河势变化主要表现为主支汊的周期性交替,但不同的弯曲型汊道实现主支汊交替的方式存在差异.本文以长江中下游沙质河床弯曲分汊河道为例,将弯曲分汊河型的主支汊交替归结为"原地易位"及"移位交替"两种模式,并探讨了不同交替模式的成因及主要驱动因素.结论表明:"原地易位"的微弯型汊道敏感于汊道系统外的扰动,分流区的水流特性是造就主支汊格局变化的主要驱动因素;而"移位交替"的鹅头型汊道格局则主要受制于系统内部各汊阻力的对比关系,各汊的发展态势取决于汊道的弯曲发展程度.     

变流速比与宽度比条件下分汊河道分层流紊动特性

针对目前分汊河道分层流紊动特性研究的空白,通过物理模型试验探索分汊河道温差剪切分层流在不同上下层速度比与汊道宽度比影响下的紊动强度变化规律。结果表明:随着上下层流速比由大变小,汊道分层流发生从分层到混合的转捩。在混合流条件下,支汊沿程断面高紊动区由C形分布转变为倒C形分布,最终全断面紊动分布均匀;随着支汊宽度增大,高紊动区出现的断面位置呈现滞后性,且紊动能量值增大。其他分层流态条件下,强紊动能分布的范围和量值都有所变化。对于交汇口断面,对称汊道在断面中心处掺混剧烈,随着上下层流速比的增大,紊动能量值减小;不对称汊道出口断面紊动强烈区域向较窄的左支汊一侧移动,与岛屿尾尖位置密切相关。     

周口港弯道码头工程水动力特性

利用三维水动力数值模型,研究修建于弯曲河道凸岸处的挖入式码头工程港池内的水动力特征及其对工程河段行洪流态的影响,分析工程建设对水位、河道断面流速分布规律的影响,以及不同流量条件下港池内流场的变化规律。结果表明,工程建成后,在洪水条件下,主河槽壅水主要出现在弯道出口前的缩窄河段,弯曲河道局部缩窄对水位壅高影响明显。弯道出口段的水位和流速变化幅度高于其他区域,码头前沿局部流速变化幅度较大,可能会引起冲刷,工程建设对弯道出口段影响高于入口段和中段。码头运行工况下,港池内有明显回流产生,但流速较小,可能会产生淤积,影响码头运行。     

弯道弯曲度对水流结构的影响

为研究弯曲型河流中不同弯曲度河段的水流结构及演化规律,对同一曲率半径,同一渠宽,同一水深下,弯道弯曲度分别为30°、60°、90°、120°、150°、180°、210°的7种矩形弯道内的水流进行了三维数值模拟.研究结果表明,弯道弯曲度对水面超高、主流位置、弯道环流结构均有显著影响.随着弯道弯曲度的增加,弯道内水面超高增大,但纵横比降反而减小;弯道弯曲度越大,主流集中程度越高,弯道出口断面主流区向凹岸偏移程度也越大.随着弯曲度的增大,环流强度也不断增强,环流中心也有向上向凸岸偏移的趋势.     

直方槽道内两相流动中颗粒的趋壁行为

采用大涡模拟方法研究了上行直方槽道中的气粒两相流动过程,模拟结果表明在流向横截面上气相流动存在明显的二次流现象,预报的气相平均速度与直接数值模拟DNS的结果相吻合。受气相二次流的作用,颗粒在垂直于流动方向存在扩散。模拟了入口横截面上4个典型位置上颗粒的横向扩散,结果表明在直方槽道中心附近的颗粒基本不扩散,而在壁面附近的颗粒存在不同程度的趋壁行为。对颗粒的趋壁速率进行统计发现颗粒的趋壁速率随粒径的增大而减小,且颗粒的趋壁行为导致颗粒在槽道壁面附近及边角区富集。     

直方槽道内两相流动中颗粒的趋壁行为

采用大涡模拟方法研究上行直方槽道中的气粒两相流动过程。模拟结果表明:在流向横截面上气相流动存在明显的二次流现象,预报的气相平均速度与直接数值模拟DN S的结果相吻合。受气相二次流的作用,颗粒在垂直于流动方向存在扩散。模拟了入口横截面上4个典型位置上颗粒的横向扩散,结果表明在直方槽道中心附近的颗粒基本不扩散,而在壁面附近的颗粒存在不同程度的趋壁行为。对颗粒的趋壁速率进行统计发现,颗粒的趋壁速率随粒径的增大而减小,且颗粒的趋壁行为导致颗粒在槽道壁面附近及边角区富集。     

复杂河道环境内水流冲击桥墩的数值模拟——以广安五福桥为例

广安市拟在西溪河原拱桥上游修建行车桥改善城市交通,桥梁拟建于河道弯顶处,拟建位置上下游涉水建筑物较多,汛期时桥墩周围水动力环境较为复杂。为研究汛期时弯道处桥墩受水流冲击的规律,以FLOW-3D水动力学数值模拟软件为研究工具对固定工况中水流冲击圆柱形桥墩的过程进行数值模拟。将河道模型拆分为简单模型进行模拟,发现模拟计算结果与经验公式结果较为吻合,在该基础上进行数值模拟,研究结果表明：(1)河道中景观闸与拱桥间为水流急变区,可能对河床及桥墩底部造成冲刷;(2)拟建桥区水流对桥墩的冲击压力时程变化呈现不规律脉动,主频范围为0~0.02Hz;(3)凹岸桥墩所受水流冲击力明显大于凸岸,随着流量增大,凹岸桥墩受力方向与顺河向的正夹角增大,凸岸桥墩受力与顺河向的负夹角减小。     

90°弯道T型丁坝水力特性和数值模拟研究

利用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程和k-ω涡粘紊流模型,研究在无丁坝、直线型丁坝、T型丁坝三种工况下90°弯道水流中的水力特性.研究结果表明:与直线型丁坝相比,T型丁坝下游形成的回流区长度约缩短15%,宽度约缩窄25%;对水面壅高、横纵比降的影响程度较小,且将横向环流移向河道中心,更加合理的减轻环流对岸边的水毁破坏;河床切应力突增率低于直线型丁坝,强度顺河道向下游衰退更快.综合比较,T型丁坝是一种优于直线型丁坝的坝型.     

小展弦比涡轮叶片的弯曲优化设计

该文重点讨论弯扭叶片设计方法在小展弦比的涡轴发动机涡轮叶片设计中的应用,旨在通过多方案的弯曲设计分析具有强二次流动的涡轮叶片的弯曲优化所能带来的气动性能改善和流场结构变化。给出了弯高固定而弯角不同的14个叶片弯曲设计方案。通过数值模拟计算分析了这些方案中总压比和流量,初步得出在该叶片设计中反弯设计要优于正弯和直叶片设计,且反弯15°方案为最优方案。根据密流沿叶高分布图分析了正弯、直和反弯叶片情况的下端区和中间区域的通流能力变化。结合叶片壁面极限流线图和静压分布,可发现反弯情况下造成的反向C型压力分布使得端区流动不但没有改善反而恶化,但是中间区域的低能流体却大大减少,从而总体损失得到减少。从出口截面的总压分布也可看出通道涡尺度变大,造成端区总压损失较大。     

顺直河型与分汊河型交界段洲滩演变及其对航道条件影响——以长江天兴洲河段为例

借助于天兴洲河段较为系统的年内与年际水沙输移、河床变形等方面原型观测资料,分析了顺直和分汊两种河型交界位置的洲滩和浅滩动态特征.近20年来洲滩形态比较表明,上游顺直河道内汉口边滩上低矮成型淤积体具有以5-6年为周期缓慢下移和突然上提的特性,从而导致汊道进口低滩冲淤具有周期性;近5年来断面流速、含沙量和床沙组成资料的统计表明,汊道进口主流位置在汛枯期左右摆动、漫滩横流强度不断转换,洲头低滩的冲淤强度与年际之间来流条件具有相关性.以上两种因素迭加作用之下,汊道进口的低滩形态不仅随年际之间来水来沙变化而波动,还会因上游顺直河段内成型淤积体上提下移的影响而周期性地淤长萎缩.这种复杂的动态调整特点,使航道条件以若干年为周期,交替呈现出优劣转换.在此结论基础上,可以推测三峡水库蓄水后水沙条件下,该类型汊道进口的航道条件可能趋于恶化.     

三峡库区重庆段水质模拟研究

针对三峡库区重庆段的水环境问题,分析评价了当前的水质现状和影响水环境质量的主要因素,论述了水质模拟的发展状况和在三峡库区的应用研究情况,并运用二维对流扩散水质模型,得到了典型河道污染物的浓度分布情况.结果表明:河流中污染物的扩散稀释受流速影响最大,纵向对流作用显著促进污染物在河水中的稀释扩散过程.在弯曲河道的凸岸由于受弯道环流及流速较低的影响,污染物容易出现沉淀.中心排污较岸边排污能更快地使污染物扩散稀释达到均匀.     

弯曲河道螺旋流作用下的物质输运三维模拟

为分析弯曲河道中螺旋流对中性物质纵向和横向混合作用,建立了一种物质输运混合的三维数学模型.该模型在平面上采用正交曲线,在垂直面上采用σ坐标系统来拟合边界.采用标准的k-ε模型来计算水流的紊动粘性系数.模型计算值和实测值吻合较好.在其他条件不变的前提下,将计算的二次环流强度分别增强到2倍和减弱到1/6倍后,计算出中性物质浓度场分布.结果表明:弯曲河道主二次环流的改变对污染物的空间分布影响较大.因此,在弯曲河道(尤其对急弯道)中的主二次环流的侧向混合作用不应被忽略.     

异形孔桥墩附近河道水流流动特性

采用三维水动力数学模型,计算分析了异形孔桥墩附近河道的水流流动特征,比较了建桥前后桥址附近河道的流场分布,得到了异形孔桥墩附近河道的水流流场、墩前阻水范围,桥墩下游的尾流区长度、宽度以及河床附近的涡量、切应力等的分布规律,并给出了墩前阻水长度,尾流区长度和宽度以及河床表面最大切应力与墩前断面弗劳德数的关系及经验公式.结...