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.     

横流中垂直出流式多孔射流稀释特性研究

运用两相流混合模型对横流中垂直出流式多孔射流进行数值模拟,并结合室内水槽实验的实测结果,验证了该模型能够较好地预测横流中多孔射流的浓度场.针对实验和模拟结果,给出了中心纵剖面浓度分布、射流轨迹线以及浓度的沿程变化规律,分析了水深和流速比对多孔射流稀释特性的影响.通过数值模拟计算结果,观察到多孔射流的分叉和融合现象,可以定量地分析多孔射流的融合位置及其浓度的变化,为扩散器的理论研究和设计提供可靠的依据.     

水平圆形浮力射流稳定性及混合特性研究

在对静止环境中有限水深水平圆形热浮力射流进行数值计算的基础上,对不同射流和环境条件下的两种流动类型:热水以浮力表面层形式向下游扩散的稳定排放和浮力热水与环境水体发生二次挟带的非稳定排放的判据进行了验证,并对流动的稀释度特性进行了研究.认为在稳定排放条件下,浮力热水在近区快速地被稀释,近区局部水温较高;而非稳定排放条件下,近区局部水温较低,浮力热水向下游的影响范围较广;给出了稳定和非稳定排放下的表面最小稀释度公式;最后拟合出了表面碰撞区中心点位置的公式,为流动区域划分提供了量化依据.     

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.     

横流中三维圆形垂直浮力射流特性数值分析

采用κ-ε双方程模型，结合混合有限分析方法对横流中三维圆形垂直热水浮力射流进行了数值模拟．计算所得的温升分布与试验值较为吻合．对射流的流动结构、分叉现象、射流轨迹线等进行了预报，得出了基于速度场和温度场的射流轨迹线不同，横断面上的两个高温区的夹角范围与空气中所得结论一致，影响射流的主要因素是射流对来流的流速比等结论，从而证明了运用该数学模型对横流中三维圆形垂直热水浮力射流进行数值研究的有效性．     

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.     

静止环境中水平圆形浮力射流流动特性研究

采用基于重整化群（RNG）方法的k～ε模型结合混合有限分析法（HFAM）对静止环境中有限水深水平圆形热浮力射流进行了数值模拟,计算所得对称面上的温度等值线图与前人所做实验符合较好.进一步地分析表明,在相同的淹没深度下,对称面上温度（速度）衰减速度随密度弗劳德数的增加而减慢;在相同的密度弗劳德数条件下,对称面上的温度（速度）衰减随淹没深度的增加而加快;对射流近区的流动区域划分的初步分析,有助于对流动结构的认识;证明了该数学模型能够有效地对此种流动进行数值研究.