Dressler方程及其在反弧流动中的应用

本文采用Dressler方程这一非恒定浅水流动方程组,建立了溢流反弧曲面上的流动模型,用这一模型较好地计算了反弧曲面上压力与水深分布,并对流线坦化进行了研究.理论模型指出了在坦化小的条件下反弧半径的选择标准,计算结果与实验资料的比较表明,Dressler方程是一种有效的计算曲面边界流动问题的模型,其显著的简单实用性使这一模型具有一定的应用前景.     

溢流坝反弧水深的计算及反弧半径的选择

本文应用恒定急变流能量方程,对溢流坝反弧水流进行了分析。将水头损失等因素用综合参数(q/R(gE_0)~(1/2)来反映,并进一步简化后得到包涵流线曲率影响的反弧水深计算式。应用该式对乌江渡原型和文献[7]的模型计算结果能够与原型观测及模型试验相吻合。还提出了溢流坝反弧最低点水深突然上升、流速系数突然降低的判别式及流速系数最大时选择反弧半径的公式。     

泄水工程反弧半径的研究

泄水建筑物反弧半径的选择是泄水工程设计中的重要问题之一。本文的目标就是探讨泄水建筑物反弧半径的计算方法。根据反弧段水流特性的分析,寻找出影响反弧半径的变量。进一步由量纲分析,给出泄水建筑物反弧半径的一般函数关系式。通过分析收集的大量原型观测和模型试验资料,建议了挑流,面流,戽流流态情况下计算泄水建筑物反弧半径的经验公式。结果说明,相对反弧半径是反弧水流Froude数的函数,随着Froude数的增加而增加。并讨论了泄水建筑物反弧半径的有关特性。本文建议的不同流态下泄水建筑物反弧半径的计算式形式简单,资料可靠。因此,可应用于挑流,面流,戽流流态情况下实际工程泄水建筑物反弧半径的计算与设计。     

遗传算法工具箱在弧底梯形明渠正常水深计算中的应用

弧底梯形渠道断面的水力计算中,正常水深的求解无显函数形武的表达公式.为避免传统低效的经验试算法、图解法等,通过对弧形底梯形明渠正常水深计算的基本方程进行数学变换,将其正常水深计算问题可归结为一非线性优化问题,再运用MATLAB遗传算法工具箱求解.结果表明,MATLAB遗传算法工具箱具有计算精度高、求解速度快、程序通用性强、直观、方便等优点.     

明渠水流临界水深的研究

本文首先说明了目前通用的明渠水流临界水深公式只适用于平底明渠缓变流,然后从理论上对任意底坡明渠急变流的断面单位能量和临界水深进行了分析.在考虑了离心力对急变流断面动水压强分布的影响后,导出了任意底坡明渠急变流的断面单位能量和临界水深的关系式,分析了明渠急变流的断面单位能量随水深的变化规律.同时还对流线的凹向、流线曲率半径及水面坡度对临界水深的影响进行了分析,论证了趺水处和曲线型实用堰堰顶的水深均小于按现有公式计算的临界水深的原因.最后,对曲线型实用堰堰顶水深进行了验算,结果与实测较为一致.     

粗糙度对溢流反弧水力特性及紊流边界层的影响

本文对溢流反弧(R=100cm)不同粗糙度模型水力特性进行了系统的试验观测,探讨了壁面粗糙度对反弧水流流速分布、压强分布及边界层发展的影响。综合分析了流速分布及边界层发展的影响因素,得出了反弧水流边界层外部势流流速不受粗糙度影响的结论,并给出了边界层内流速指数n随粗糙度变化的关系式及反映壁面粗糙度影响的边界层厚度计算式。试验发现粗糙度对离心力压强影响甚微。     

溢流坝面明流流动水力特性数值分析

采用正交曲线坐标系下曲率修正的紊注数学模型,计算了龙抬头泄洪洞明流流动的水力要素;计算结果表明,具有明显曲率影响的泄水建筑物反反水流的数值计算,必须计入流线弯曲的影响;本文建立曲率修正紊流为模型较好地预测具有明显曲率影响的复杂水流的水力特性。     

在园弧曲面上急流的扩散

本文对园弧曲面上急流的扩散进行了研讨,根据驻波理论推导出波角计算式;水流转向与水深变化的关系式;特征线方程.据此对园弧曲面上急流的扩散进行了求解.     

双层引水进口前临界淹没水深的试验研究

现有水电站最小临界淹没水深的计算公式仅针对于单管单孔进水口,本文旨在研究双层进水口的水力特性,以获得其临界淹没水深的经验公式。通过水力模型试验,提出虚拟当量管道的概念,由此拟合得出双层进水口的最小淹没水深公式。结果发现,双层进水管的临界淹没水深试验值比Gordon公式计算值大,但两条拟合曲线的斜率较接近。研究可得Gordon公式仅适用于单管单孔进水,而不适用于双层进水管引水的情况,本文拟合所得经验公式可为双层进水口的临界淹没水深设计提供一定的参考。     

护坦上脉动压力

本文介绍一种在水工模型实验中,施测水流脉动压力的仪器,及其构造原理。 使用这种仪器进行了实验,其结果表明：由于水动压力脉动的存在,溢流坝下游的护坦 版将产生两个自由度的振动。这在设计时应予以考虑。 此外并对这灰实验的模型律总是提出如下意见：（一）脉动压力的大小与护坦上水深比 例尺成正比,（二）其脉动频率则与护坦上水深比例尺的平方根成反比。 水流的威力脉动现象已为世所公认,特别是在水流情况发生剧烈改变时（例如水跃或局部消能设备）表现尤为显著。研究这种现象不仅在紊流理论上有重要意义,而且与水工建筑物下游的护坦安全以及河床冲刷问题都有密切关系。我们水力学教研室对于水平的护坦上脉幼压力问题进行了一些实验。     

带分流叶片水泵水轮机特殊工况内部流场特性

基于国内某抽水蓄能电站建立的水力模型并结合该模型试验报告,采用SSTk-ω模型计算带分流叶片水泵水轮机7.5°导叶开度下零流量工况附近的制动工况和反水泵工况,进行定常和非定常数值模拟,研究其内部流场压力分布、速度流线分布及径向力分布规律.结果表明:计算流体动力学数值计算可以很好地模拟分析带分流叶片水泵水轮机的内部流场特性;制动工况下的流态很差,涡结构充满整个流道引起水流拥堵且成不对称分布;反水泵工况导叶和转轮出现了严重的流动分离,水流在叶片中上游发生冲击;分流叶片的存在减小了负压区域,降低了汽蚀现象发生的可能性,有助于水轮机内部水流流动更加平稳;带分流叶片水泵水轮机的径向力在一个周期内的变化规律与转轮叶片数强关联,峰谷值个数与叶片数相对应.     

用流线迭代法计算龙抬头泄洪洞反弧流场

提出了一种求解龙抬头泄洪洞反弧段流场的新方法－－流线迭代法，该方法直接从流体的运动方程、能量方程连续方程出发、推导出简单的迭代公式，对各种不同类型反弧溢流曲线，均能方便地求得反弧的速度场，压力场和空化数分布，算例的计算结果与实测吻合良好，与标准ｋ－ε模型相比，精度相似，但计算效率明显提高。     

梯形断面明渠临界水深计算方法新探

临界水深是水力学计算中的一个很重要的参数,在水力计算及水工设计中应用非常广泛。在实际工程中,梯形断面渠道较为常见,故梯形断面明渠临界水深的求解就显得尤为重要。本文在临界流方程的基础上,通过引进无量蛔参数,导出了临界水深的近似计算公式。通过算例证明了所得公式的计算精度较高。公式为显式,可直接应用计算,且形式简单,使用方便,可为相关水力计算提供便利。     

纵向弯道水流的研究

本文对纵向弯道（抛物线段与反弧段）水流．结合工程进行了理论分析和实验研究．给出了抛物线型的表达方程及其参数．得出了抛物线段水深和压力分布的近似计算式和反弧段上水流压力分布公式，从理论上给出了这两种曲线在隧洞上、下游不同底坡上联接点的位置，并与实验结果进行了验证对比．     

溢流坝反弧段压力分布规律的探讨

本文通过典型溢流坝不同反弧半径模型的水力量测,在一定理论分析的基础上提出了综合反映反弧段流速、水深、重力,特别是反弧曲率半径对离心力压强影响的无因次参数。并根据该参数的变化规律,提出了溢流坝反弧段离心力压强系数具有过渡段的性质,这一性质也得到其它试验资料的验证和说明。本文还在此基础上给出了溢流坝反弧段压强及其梯度的表达式。     

城门洞形及马蹄形过水隧洞的临界水流

针对水利工程上常用的城门洞形及马蹄形过水隧洞,利用临界流方程,给出了旨在用于临界流分析的断面参数Ｚ和水力指数Ｍ 的计算公式和表示水深与Ｚ以及Ｍ 之间的关系曲线。计算曲线表明,若隧洞的高宽相等,在水深比小于１．４ 时, Ｍ 值的变化范围很小,而当水深比达到１．９０时,两种隧洞具有近似的临界流特征。分析和计算还表明,圆顶隧洞在水深无限接近洞顶时不可能出现临界流状态,但洞内水位较高时,其临界流的波状水面可较早地引起封顶水流。所提供的公式和曲线可为隧洞的水力设计所参考。     

堆石防波堤护面砌石稳定性研究

本文根据斜坡堤块石受力条件,研究了堆石防波堤砌石护面的稳定性;给出了波坦、相对水深对块石护面厚度影响的理论依据;在分析比较三种公式的基础上,建立了砌石护面厚度的计算公式.该式形式简单,使用方便.七例计算结果与现有试验资料较吻合,可供实际工程参考使用.     

基于概化模型的城市洪水水力特性试验研究

近几十年来,随着经济的高速发展以及城市化进程的不断推进,城市遭遇洪水内涝的危险也日愈攀升.本文通过概化模型来研究城市洪水特性,得到了在不考虑建筑物透水性的条件下,上游水位分别为30cm、40cm、50cm,城市街道与水流方向平行、与水流成22.5°、与水流成45°时,下游模型街道中的水深变化.实验发现不同的城市布置中,随着上游水位的增加,街道内的水深也随之增加;当所测街道与水流方向一致时,街道水深值最小,排水性最好;当街道与水流方向存在夹角时,夹角越大街道内的水深值也越大.本文通过实验手段,获得了概化城市模型在洪水来临时街道的水流数据,为后续的城市防洪研究提供了数据支持.     

地下矿突水过程的三维动态仿真模型构建

通过分析突水水流井巷中漫延时空性变化的影响因素,提出了突水过程的三维动态仿真模型架构.经数据模型化、数据规则化、弧巷直巷化及井巷三维网络化处理,生成了井巷空间网络系统.通过研究水流在井巷空间网络中下向漫延、上向升涨的路径算法,构建了突水水流流经井巷的路径网络.结合突水水流流动的水力特征,解算了突水水流的漫延速度和到达时间.建立了能够真实模拟水流漫延过程的时空动态性变化的三维动态仿真模型.以国内某典型矿山的实际数据为例,验证了突水过程三维动态仿真模型的有效性.     

地下矿突水过程的三维动态仿真模型构建

通过分析突水水流井巷中漫延时空性变化的影响因素,提出了突水过程的三维动态仿真模型架构.经数据模型化、数据规则化、弧巷直巷化及井巷三维网络化处理,生成了井巷空间网络系统.通过研究水流在井巷空间网络中下向漫延、上向升涨的路径算法,构建了突水水流流经井巷的路径网络.结合突水水流流动的水力特征,解算了突水水流的漫延速度和到达时间.建立了能够真实模拟水流漫延过程的时空动态性变化的三维动态仿真模型.以国内某典型矿山的实际数据为例,验证了突水过程三维动态仿真模型的有效性.