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.     

库区交汇河段水动力特性试验

以辽宁大凌河白石水库库区交汇河段为研究对象,通过模型试验,研究不同因素影响下其水动力特性的变化。结果表明:库区交汇流河段水深沿程增加,过流面积沿程加大,交汇口以上干支流流速沿程增加,而交汇口以下流速呈现沿程减小的显著特征;在入汇口下游的支流同侧必然存在回流区,随着汇流比的增加,回流区范围增大;坝前水位升高时,交汇区内流速绝对值减小,沿程变化率减小,主流线弯曲程度加大,回流区范围增大。     

梯形河道护岸糙率及水流时均与紊动特性

采用仿真草皮和三棱柱砖块模拟生态护岸,通过在室内非对称式梯形水槽内设置变流量和变底坡工况,对不同护岸型式下的梯形河道的糙率、流速分布和紊动强度进行了研究.结果表明:河道综合糙率随水深的增加而增大,改变流量或底坡对护岸糙率值影响不明显;主槽和斜边坡上,纵向流速的垂向分布均符合对数分布规律,横向分布呈现沿主槽向边滩逐渐减小的趋势,流速的横向梯度受河道底坡和护岸型式的影响较大;在主槽区,紊动强度沿垂向线性递减,而边坡区则先增大后减小;紊动能沿横向先增大后减小,在主槽与边坡交界区达到最大,表明交界区的紊动交换最强.     

交汇区水流结构对水温分布特征的影响机理

为分析交汇区复杂的水温分布规律及其受水流结构影响的机理,采用Fluent数值模拟软件,通过改变汇流角和汇流比,模拟了不同条件下交汇区的时均流场、紊动特性和水温分布,分析了各工况下交汇区水平面及断面水温分布特征(水温非均匀性指数)和水流结构特征参量(紊动能和涡量)间的关系,探究了不同水流结构对水温分布的影响机理。结果表明:水流剪切影响热掺混层的位置,二次环流影响热掺混层的形态;汇流角或汇流比越大,断面非均匀指数越小,水温掺混越快,热掺混层随剪切层位置的改变越靠近外岸壁(交汇口对侧壁面),热掺混层弯曲程度随二次环流强度增大而增大;紊动能及涡量与断面非均匀指数之间呈现良好的线性关系。     

库区交汇河段淤积沙坝形成的水动力试验研究

通过典型库区交汇河段模型试验研究了在汇流比与坝前水位影响下,断面平均流速和水流挟沙力的沿程变化规律,阐释干流淤积沙坝的形成机理及汇流比与淤积沙坝分布的关系.结果表明:水流由干支流向交汇区下游运行过程中,断面平均流速与水流挟沙力均存在由增到减的转折点,转折点位于干流交汇区内;当汇流比大于0.56时,从支流河道到交汇区下游挟沙力出现了骤降.水流挟沙力的不均匀变化导致了干流淤积沙坝的出现,汇流比的大小则决定了淤积沙坝形成的部位.随着坝前水位的升高,交汇河段淹没程度增大,交汇区内的转折随之弱化.     

近岸缓流区河道动能修正系数的研究

动能修正系数值是工程一维数学模型计算中应考虑的主要因素,其通常取值为1,但动能修正系数常规取值对边侧存在近岸缓流区的天然河道并不适用。从动能修正系数的定义出发,对近岸缓流区河道动能修正系数作理论推导,同时结合水槽概化模型试验对公式进行验证。得到了近岸缓流区河道动能修正系数的计算方法和沿程变化的一些规律。相关成果可为工程中涉及近岸缓流区河道一维数学模型计算提供参考。     

含滩地交汇河道水动力特性与掺混特征数值模拟

为研究滩地对河道交汇区水动力特性以及物质输移的影响，建立了含滩地河道交汇区的三维水动力-污染物耦合数值模型，模拟并分析了不同高度和宽度的滩地对交汇区水流结构及污染物横向掺混的影响。研究结果表明：支汊滩地引起的侧向入流垂向动量重分布，对交汇区的双螺旋流结构，污染物横向扩散范围以及掺混层的位置、形态特征和宽度等均有显著影响；支流侧二次流强度和范围随着滩地高度的增加而增大，滩地展宽使支流侧二次流向左岸偏移、强度增大；污染物混合程度与二次流密切相关，二次流的强度、位置和范围均对物质掺混速率有重要的影响，二次流的强度越高、范围越大、位置越接近掺混层，污染物掺混速率越快。     

三跨斜交简支梁桥地震碰撞反应参数影响研究

利用OpenSees地震仿真模拟平台,建立了3×30m斜交简支梁桥计算模型,通过改变斜度、纵向伸缩缝间隙、梁体与横向挡块间初始间隙,研究结构地震碰撞反应的变化规律,研究发现:桥面峰值转角随斜度和伸缩缝间隙增大呈现先增大后减小的变化规律,随横向初始间隙增大而逐渐增大;梁体纵向最大位移随斜度和伸缩缝间隙增大而逐渐增大,随横向初始间隙增大呈现先减小后增大的变化规律;墩底最大反力和墩顶顺桥向最大位移的变化规律与梁体纵向最大位移的变化规律一致.     

河道式水库水流混合输移参数的研究

本文对河道式水库混合输移参数的识别作了若干研究。给出了获取这些参数,进行示踪实验和数据整理的方法,得到富屯溪洋口水电站库区水流横向混合系数M_y和纵向离散系数D_L的值。经验证认为,当河段宽深比介于20与60之间时,公式M_y=βWu和D_L/M_y=K(29≤K≤59)基本上适用于河道式水库。     

湍流混合层流动的离散涡数值模拟

利用离散涡方法模拟湍流混合层流动,采用随机走步法考虑黏性并引入涡片表示固体边界的作用.平均速度与湍流参数的数值模拟结果与实验值吻合较好,验证了所提模型的有效性.结果显示沿流向:平均速度梯度降低;雷诺剪应力峰值呈增大趋势,但由于涡元的配对使得峰值出现了波动而没有单调增大;涡量峰值单调减小.在此基础上进一步研究了同一速比下雷诺数对湍流参数分布的影响规律,发现沿流向雷诺应力的峰值均以相似的斜率逐渐增大;平均涡量峰值递减,衰减速度随着雷诺数的增加而加快;同一截面上涡量峰值与雷诺数几乎成线性关系递增.     

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.     

福建省中小流域年最大洪峰流量统计参数的分布规律

用估算统计参数，辅以皮尔逊巨型曲线推算设计流量，是解决缺乏观测资料流域的设计流量推求的重要途径之一．本文针对福建省流域面积小于 １１００平方公里的中小流域，以实测资料为依据，并加上调查的特大历史洪水资料，从分析单站的年最大洪峰流量的统计参数入手，参照福建省各地区暴雨统计参数分布规律，经分析归纳，提出了分区多年平均年最大洪峰流量（Ｑｍ）的经验公式，变差系数（Ｃｖ）等值线图及偏差系数与变差系数比值（Ｃｓ／Ｃｖ）分区图．可供福建省中小流域规划和工程初步设计，推求设计洪峰流量应用．     

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．     

X80钢曲面对接焊缝残余应力尺寸效应

以试验测得的X80钢高温性能参数为基础建立了曲面对焊结构仿真模型,并进行了试验验证,研究了曲面外径、曲面壁厚和焊缝宽度等尺寸效应对曲面对接焊缝残余应力分布的影响规律。结果表明：曲面外径、曲面壁厚和焊缝宽度的变化均会对曲面对接焊缝残余应力的分布规律产生影响;随着曲面径向截面面积的增大,焊趾处径向残余拉应力逐渐增大,残余压应力峰值逐渐减小;曲面径向截面面积和焊缝宽度的增加,均会引起焊趾处残余拉应力峰值的增大并导致曲面对焊结构中焊接残余应力水平的升高,降低结构整体的耐腐蚀性能和疲劳性能;在选用曲面壁厚小于4 mm的曲面结构进行工程设计时,焊接残余应力分布对壁厚的变化十分敏感,极易导致结构内部残余拉应力的增大并产生应力集中区域。     

黄河下游干流纵向离散系数估算方法

利用水文监测数据,采用理论积分公式计算纵向离散系数,通过量纲和相关分析得到估算黄河下游干流纵向离散系数的一般公式形式;考虑河床变化大、河道不顺直、含沙量大等特点,根据研究河段不同的河道特征,以理论计算值作为样本数进行多元回归分析,采用分段的方式分别得到适用于黄河下游干流河段的污染物纵向离散系数的经验估算公式.结果表明,应用该经验估算公式得到的山东河段相关系数较高,河南河段估算结果不够理想.     

有限流动水域浮体结构对水流结构的影响

基于物理模型试验,研究浮体结构在有限流动水域运行过程中对下游水流流动结构产生的影响。在不同浮体结构位置及来流条件下,对下游水流结构特征断面的流速分布、流速不均匀系数以及回流区长度进行了测量分析。结果表明:浮体结构位置对流速分布及流速不均匀系数存在明显影响;来流条件的改变同样对两者有较大的影响,其影响随着来流流量的增大而增大;回流区的长度受浮体结构位置以及来流流量影响都较大。在实际工程中,应重点关注浮体结构位置及来流流量变化引起的水流流动结构改变。     

桥墩阻水比对弯道河流流速分布的影响

桥墩阻水比是确定涉河桥梁工程方案主要考量指标之一。为研究桥墩阻水比对弯道河流流速分布的影响,建立有机玻璃弯道水槽模型,针对不同阻水比桥墩对弯道河流流速分布影响开展试验研究。使用ADV采集弯道试验段内的纵向和横向流速并进行分析,结果表明：随阻水比的增大,桥墩附近上下游主流位置趋于集中在水槽中间。在Fr=0.21和Fr=0.28两组工况下,墩前断面纵向流速方差均减小,其流速分布更加均匀;墩后断面纵向流速方差均增大,其流速分布更加紊乱;横向流速在墩前与墩后分布均更加紊乱。桥墩阻水比对纵向流速和横向流速分布的影响均随Fr增大而减小。     

基于EDEM的粮食立筒仓卸料动态侧压力研究

立筒仓卸料过程中,贮料流态不断变化,仓壁压力随之表现出不同变化规律。为研究卸料过程中贮料在粮食立筒仓中的流动状态和速度分布、贮料对仓壁产生的动态侧压力以及相应超压系数,采用离散元仿真软件EDEM对粮食立筒仓卸料过程进行模拟,分别选定两种不同卸料速度工况,并结合试验结果对比分析动态侧压力。结果表明：通过直接观察和整体流量指数分析筒仓内贮料流动状态,贮料流态与其所处的筒仓位置有关,发展进程为整体流动—管状流动—漏斗型流动；EDEM仿真模拟与试验结果的静态侧压力值接近、动态侧压力分布规律一致,且超压系数误差在合理范围内；卸料整体过程中,流速快工况的超压系数均大于流速慢工况；筒仓仓壁下部1/3hn范围内的动态侧压力突增最为明显,贮料内部不断重复动态拱过程致使仓壁卸料压力呈现不同震荡分布,且该位置的超压系数高于现行规范的水平侧压力修正系数Ch。EDEM离散元卸料仿真进行动态侧压力研究具有可行性,研究成果可为筒仓结构安全设计提供参考。     

汉江流域河网分级特征研究

为深入了解汉江流域河网结构特征, 在提取高精度数字河网的基础上, 结合地表水频率地图和河宽遥感数据集, 研究河网几何结构和拓扑结构的自相似性, 同时统计分析河网的河宽分级规律。结果表明, 河网中1~6级的分支比、河长比、面积比和侧枝比等结构参数稳定在较窄的数值范围内, 证明1~6级河网具有良好的几何拓扑结构自相似性。在河网自相似级别范围内, 河流级别与河宽平均值呈现近似指数分布, 1~6级的河宽比数值稳定, 平均值为1.87, 说明Horton定律适用于河宽分级。通过对比沟河识别前后的河网参数发现, 河长、河宽和流域面积越小, 河流越容易“干涸”, 并导致低级别河流偏离河网结构的自相似性。     

黄河下游洪水调控指标研究

依据200余场次洪水观测资料,应用统计分析、实体模型试验和数学模型计算等方法,对洪水按漫滩程度、水流含沙量高低、流量过程线形态特征和洪峰与沙峰相位差进行了分类;分析了塑造主槽的洪水关键因子;研究了黄河下游洪水过程调控关键技术指标。研究表明,黄河下游河槽高效输沙和塑造主槽作用较大的平滩流量约为4000m3/s,流量为4000m3/s条件下的洪水输送的临界含沙量为50kg/m3;对于不漫滩洪水,首选方案应按当时主槽的平滩流量控制,且平滩流量下的洪水流量过程以接近矩形波过程较好,峰前水量占洪水总水量的25%以上,洪水历时不小于7d;对于漫滩洪水,应控制洪峰流量大于平滩流量的1.5倍且大于洪水平均流量的1.2倍,同时应尽量控制洪水涨水期水量与洪水总水量之比不小于0.5,并保持洪峰与沙峰同步运行,洪水历时不小于7d;洪水调控分组含沙量大小主要取决于悬沙及床沙的级配;洪水来沙系数的调控指标视洪水类型而异,不漫滩洪水为0.012kg·s/m6,漫滩洪水为0.015kg·s/m6,同时还应控制分组泥沙的来沙系数。