基于流固耦合的管道机器人清淤装置

为验证管道机器人的清淤能力,对其清淤装置进行旋转条件下的流固耦合研究。对管道机器人的清淤装置进行简化处理,利用ANSYS Workbench软件,通过添加流体域,获得基于流固耦合的模型;通过mesh模块进行网格划分,得到基于有限元分析的高精度模型,在逆流条件下分别设置固体的转速1.6、0.3 r/s,顺流条件下设置固体的转速1.6 r/s,设置流体的流速和前进速度均为2.5 m/s,进行流固单向耦合计算;得到流体基于速度和压力的运动状态示意图,进行对比分析。结果表明:在逆流高转速条件时,清淤装置清淤效果显著,具有刮削-搅拌-过滤-推进-自流冲刷五位一体清淤作业能力,并为管道机器人的控制提供理论依据。     

河口闸下水动力与泥沙清淤问题的研究

为优化河口防潮闸下清淤工程方案,提出了以两相流方程描述底沙运动的理论模式,建立了泥质河口二维水流、泥沙数学模型,并优化独流减河口闸下清淤工程方案.对独流减河口闸下大、中、小潮潮位、流速、含沙量过程和海床演变进行了验证,计算分析了现状地形条件下闸下泄流能力,对宽浅型和窄深型两类清淤方案的不同清淤规模的泄流能力进行了计算模拟.讨论了不同清淤规模条件下泄流能力、清淤量、回淤量与回淤率的关系,给出了各工程方案的清淤效率指标.     

水射流气举在水库河道环境疏浚与清淤中的应用

结合河流、水库污染与淤积现状,立足于环境疏浚清淤思想,从振荡脉冲射流气举疏浚与清淤的工艺流程、余水处理、污泥回用等技术上进行了全面的分析.明确指出环境清淤工艺中通过脱水技术,可以减少污泥总量,从而减少堆场的大小;通过对余水的处理,减少二次污染;处理后的污泥可以作为河岸、园林、道路的绿化用土,达到污泥的再利用.以花溪河流域综合治理为工程实例,详细阐述了环境清淤中的参数选取和生产效率,为山区河流与水库的环境清淤指出了新的方向.     

新洋港入海港道冲淤保港需水量研究

为解决入海港道修建挡潮闸后对涵闸排涝效率以及入海港道通航能力产生较大影响的闸下淤积问题,基于MIKE11模型中的CST模块对盐城市入海港道——新洋港冲淤保港需水量进行研究。MIKE11模型中的CST模块由水动力学模型与泥沙输移模型耦合而成,根据闸下60 m、970 m、3 030 m三处断面的实测水位、流量和河床淤积高度资料,进行水动力学模型和泥沙输移模型参数率定,最终在设定闸下淤积高度不超过0.1 m的条件下,由MIKE11 CST模型确定出的新洋港冲淤保港生态流量为80 m~3/s,接近于2006年12月新洋港引江冲淤实验中得出的不冲不淤情况下的保港流量85 m~3/s。     

泵站直边正向前池流态模拟与泥沙淤积预防措施

针对从高含沙河道取水的大型泵站直边正向前池泥沙淤积导致前池调节能力下降、泵站运行效率低下等问题,利用ICEM-CFD软件构建原型前池结构三维模型,采用FLUENT软件基于Standard k-ε湍流模型对前池流态进行模拟分析,并针对不良水流流态提出增设导流墩与压水板2种优化措施。结果表明,数值模拟结果与实际调查情况相一致,前池水流流态紊乱,泥沙淤积较严重,八字形导流墩可在一定程度上削减主回流区范围,但对前池水流仅起到分配作用,流场分布无明显改善;45°压水板能有效改善前池主流效应,两侧回流区明显减弱,在改善前池泥沙淤积问题的同时保证了水泵有利的进水条件。     

三峡枢纽运行初期32年坝上游的通航条件

试验研究了三峡枢纽运行初期坝上游的通航条件.在枢纽运行32年之内,坝上游修660 m短堤的引航道即能满足通航要求.在运行20年之内泥沙淤积不会影响船闸侧向取水,20年之后则需在取水口附近适时清淤.对坝区来沙量变化、淤积过程、挟沙能力及浓度分布等参数进行了分析.研究结果表明,大包隔流堤可以在30年以后修建.     

三峡水库挖粗沙减淤研究

 针对三峡水库运行后期存在的泥沙问题,提出在水库变动回水区固定河段进行较大规模挖粗沙减淤的方法,冀以减少水库后期淤积,保障三峡工程长远利用,持续发挥综合效益。分析了当前的挖泥技术和建筑河砂的市场情况,认为现在开始在三峡水库较大规模挖取粗沙已经比较经济,具有相当的可行性和必要性。采用一维不恒定水流泥沙数学模型,对20世纪60年代（60s）和90年代（90s）水沙系列方案进行计算。将0.1mm以上泥沙作商业粗沙,按固定河段连续挖泥方式,水库运行到100年时,按三峡设计泥沙系列（60s）减淤量可达37亿m3,按三峡蓄水前最近泥沙系列（90s）可减淤27亿m3。百年淤积总量可控制在140亿m3（60s）或110亿m3（90s）,挖泥减淤效率达到100%。这对保护三峡水库后期效益、特别是防洪库容长期利用具有很大作用。笔者认为三峡水库挖泥减淤途径基本可行,值得深入研究。这一减淤方式也可为其他河道型水库淤积控制提供参考。     

浅析韩墩引黄总干堤坝外坡失稳的危害

韩墩总干经过长年的运行,原有地理环境条件发生了不可逆转的巨大变化.随着渠道内部泥沙淤积的减轻,清淤数量及频次减少,堤坝型式随之逐渐固化,新时期出现新情况,难以再用传统的方法解决.该文通过现状分析和历史比较,对堤坝外坡坍塌毁损问题进行综合评价,提出客观治理设想,以供借鉴.     

挟沙螺旋管流的沙质断面分布

通过实验,对螺旋管流中沙质断面分布情况进行了讨论,进一步证实了螺旋流能有效地输送固粒,造成“悬浮”的气氛,不易淤积的特点。为高浓度、低能耗、远距离输送泥沙提供了一种可靠的实验依据。     

一种新型自重构机器人模块的对接机构设计

提出了一种新颖的晶格式空间自重构机器人模块,并进行了模块的三维结构设计.详细阐述了该自重构机器人模块基于销槽楔合、雌雄同体的对接机构设计方法,分析了系统的运动精度并给出了相应的误差控制方案.设计了静态及动态的2组实物实验,从不同工作条件验证了该对接机构能够快速、可靠地实现对接过程,对接耗时约为2 s,对接完成后的机械连接强度可超过50 N的轴向拉伸负载,较好地完成了机器人模块的自重构任务.     

少沙河流泥沙絮凝与异重流

通过现场实测资料分析和试验，对少沙河流粘性细颗粒泥沙絮凝体大小进行初步探讨，说明絮凝不仅促使少沙河流粘性细颗粒泥沙大幅度淤积，而且对水库异重流的产生具有促进作用；合理利用异重流排沙是减少水库淤积的方法之一.     

大型水电站坝体检测水下机器人研究进展

中国是水电大国，水电站大坝除涉及自身经济效益外，还关系到人民生命财产安全，因此需要定期开展大型水电站坝体缺陷检测，确保水电站大坝安全运行。目前，使用有缆遥控水下机器人(remotely operated vehicle,ROV)进行水电站坝体缺陷检测能减少人工检测带来的诸多不利，同时提高检测精度和效率。该文对大坝环境条件和水电站坝体缺陷检测的主要内容进行了调研，梳理了大型水电站坝体检测ROV的研究现状，从坝体检测ROV总体技术、吸附技术、动力系统、检测技术、水下定位与控制系统等方面，分析了ROV在国内外水工检测领域的技术研究进展，并对坝体检测ROV关键技术的发展趋势进行了展望。     

管道机器人轮-爪式行走装置运动学和力学特性分析

目的研究一种排水管道清淤机器人的轮-爪式行走装置,以增强管道清淤机器人在管道内行进能力,提高负载能力和自适应管径能力.方法建立运动学模型,通过ADAMS运动学仿真,对轮爪式夹紧机构进行运动学研究;通过ADAMS动力学仿真分析,得到了爪式夹紧机构最大夹紧力;通过ANSYS workbench静力学仿真,分析卡爪夹紧机构强度、刚度等力学特性.结果运动学研究分析得到夹紧机构工作空间变化为421.1～500 mm,卡爪支腿的速度变化为0～23.35 mm/s、加速度变化为0～36.76 mm/s~2.通过动力学分析,得到机构工作夹紧力为1 000 N.通过有限元分析得到机构产生的总变形变化为0～0.001 25 m,等效应变变化为1.142 3×10~(-8)～0.001 45,等效应力变化为2 010.1～2.95×10~(-8)Pa.结论卡爪夹紧机构的工作范围满足要求;机构速度和加速度曲线平滑,运行稳定,无震颤现象;机构最大夹紧力能保证推进的需要;机构满足结构刚度、强度要求.     

涵洞输沙特性研究

地下涵洞穿越河渠淹没于水下，水沙运动呈有压流状态，合理利用洞内水流自身能量，才能确保输送泥沙过洞。依据床面泥沙起动切应力相等原理及明渠水流挟沙力公式，提出了适应地下涵洞泥沙起动流速关系及输沙能力的修正公式。该公式较好地反映了地下涵洞的泥沙运动及输沙规律，为解决地下涵洞安全输沙及防止泥沙淤积提供了理论依据。     

污水泵站进水流态的分析及其改进

根据上海市污水治理二期工程SA泵站水力模型试验,分析城市污水泵站前池普遍存在的不良进水流态现象及其对水泵性能的影响,提出前池流态改善措施．试验表明,改进后的前池使流态得到明显改善,水泵机组效率明显提高,并可有数降低泥沙淤积．     

利用FZCORS结合数字测深仪技术在城市内湖清淤中的应用

水下地形图在城市建设、航道疏浚、湖泊清淤中具有重要作用。阐述了福州市全球导航卫星系统连续运行参考站系统的基本原理和构成、网络RTK模式与数字测深技术集成、方格网法土方计算基本原理,并以福州市左海公园湖泊清淤工程为案例,详细论述了利用FZCORS技术与数字测深仪在城市内湖清淤中的应用,并得出了一定结论。     

邛海山洪泥石流淤积特征与趋势分析

通过流域最典型支流官坝河山洪泥石流堆积特征调查,分析邛海泥沙淤积变化状况,探讨邛海山洪泥石流淤积特征以及发展趋势。结果表明,1950年以来,邛海泥沙淤积达到0.52×106 m3;山洪泥石流携带的泥沙堆积特征为粗颗粒(粒径2mm)沿沟床堆积,细颗粒大多被输移到邛海;山洪泥石流形成的堆积扇促使邛海湖岸线向湖心不断推进;邛海流域山洪泥石流潜入邛海湖底,形成浊流在湖底继续运动,形成湖底水下堤及冲沟,改变邛海湖底地形。在强地震和强降雨等多因素的偶然联合作用下,邛海流域可能会发生大规模的山洪泥石流。     

水库坝前及泄水底孔内泥沙淤积形态断面模型试验

通过断面泥沙模型试验，对某水库泄水底孔压力段内泥沙淤积形态和坝前泥沙淤积高程进行了分析研究．试验结果表明，在泄水底孔关闭运用的前两个月(10月和11月)坝前泥沙淤积速率较高，这两个月的泥沙淤积厚度达25．8m，约占坝前总淤积厚度的60％，坝前最终淤积高程为949．9m；设置在左岸坝段的引黄取水口在正常引水期间一般不会淤堵；泄水底孔压力段内泥沙淤积面随着坝前淤积面上升而抬高，当10月底坝前淤积面高程达到925．6m时，压力段内已基本堵满淤泥．所以在设计底孔闸门启门力时，泥沙压力及摩擦力可按满孔泥沙考虑．     

水电站多元场景水下智能巡检关键技术与实践

针对运行期水电站多元场景下复杂结构与环境水下检查的重大难题和迫切需求，以雅砻江流域梯级电站为典型场景，对比分析水电站水下检测环境与海洋开放水域场景的差异，该文提出了复杂场景下水工建筑物水下智能巡检实施的技术路径，构建了水下检测机器人系统装备、超长距离水下供电与通信、水下精确导航与定位、大断面快速精细检测、巡检过程实时监控和缺陷信息智能分析等关键技术体系，进而形成水工建筑物多元应用场景的系统解决方案。该文重点在典型水工隧洞结构和高山峡谷区半开放水域开展多元化应用实践，实现了水工建筑物智能巡检与安全管控，提升了流域梯级电站电力生产经济效益，大幅降低了传统检测成本。该研究成果与实践经验可促进水电枢纽水下智能巡检技术发展，具有重要的行业推广意义。     

基于GIS的目平湖泥沙冲淤变化空间定量分析

针对洞庭湖泥沙研究大多基于物理与数学方法的现状,为实现泥沙冲淤变化的空间定位与可视化,基于GIS的空间数据处理与空间分析,提出泥沙冲淤变化空间定量计算与分析的综合方法。其步骤是:通过收集水下地形数据,建立数字高程模型;根据不同时间的高程模型计算容积及其变化;对冲淤区域进行空间划分,计算各区域冲淤量;总结泥沙冲淤的总体与局部规律。选择西洞庭目平湖,运用该方法,定量计算其库容,分析湖底地形变化情况,对冲淤变化区域进行空间划分,最后分析并总结其冲淤变化规律。研究结果表明:目平湖约85.42%处于淤积状态,少部分处于冲刷状态,北部淤积现象较严重,泥沙淤积由北向南、由西向东减少。