非浸没式刚性植被群分布对弯道水流的影响

为分析不同刚性非浸没式植被群分布对弯道水动力特性的影响,采用180°U形折叠往返式水槽模拟天然弯道河流,运用声学多普勒流速仪(ADV)进行测量,通过测量数据计算弯道水流水位、纵向流速分布、湍流动能(TKE)、环流强度以及弥散系数等.结果表明:植被存在情况下水位增高,在植被的"阻滞"作用下,植被区的流速远小于非植被区的流速,但在植被区域和非植被区域之间产生大的流速梯度;植被和弯道都会加剧水流紊动效应,植被区和非植被区交界处的湍流动能最大,且沿弯道出现湍流动能的重分布现象;由于植被对于弯道环流有阻碍作用,使得弯道环流在非植被区很强,而在植被区很弱;植被对横向弥散系数影响较小,非均匀植被对纵向弥散系数影响较大.     

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.     

弯道水力学研究现状与进展

研究弯道水流的水力特性对充分利用其特点来为工程服务,确定枢纽的闸顶高程、取水口的位置和工程的防冲具有重要意义.由于弯道水流流态十分复杂,目前弯道结构特征对水流特性的影响机理尚有待深入研究,本文对弯道水流的研究现状和进展进行了全面述评.     

曲线坐标系下考虑植被影响的k-ε-A_p固液两相双流体湍流模型

该文建立了曲线坐标系下考虑植被影响的三维k-ε-Ap固液两相双流体湍流模型,模拟弯曲渠道内布置水生植被后水流和泥沙的运动结构以及弯道内的河床变形.通过模拟试验室60°弯道内流经植被的水流流速平面结构和断面分布,验证了模型中液相模块的准确性.通过模拟60°弯道内不同植被布置情况对水流泥沙运动和床面变形的影响,验证了模型中床面变形模块的准确性.数值结果较好地再现了试验规律.计算结果表明在弯道内布置植被改变了水流流速分布,植被覆盖区域的水流流速明显降低,泥沙运动减弱;非植被覆盖区域的水流流速增大,泥沙运动加剧;合理布置植被可以减缓弯道凹岸的泥沙侵蚀;数值计算结果和试验结果之间的比较表明三维k-ε-Ap固液两相双流体湍流模型处理推移质运动的方法比三维单流体模型更加合理.     

曲线坐标系下考虑植被影响的k-ε-Ap固液两相双流体湍流模型

该文建立了曲线坐标系下考虑植被影响的三维k-ε-Ap固液两相双流体湍流模型,模拟弯曲渠道内布置水生植被后水流和泥沙的运动结构以及弯道内的河床变形.通过模拟试验室60°弯道内流经植被的水流流速平面结构和断面分布,验证了模型中液相模块的准确性.通过模拟60°弯道内不同植被布置情况对水流泥沙运动和床面变形的影响,验证了模型中床面变形模块的准确性.数值结果较好地再现了试验规律.计算结果表明在弯道内布置植被改变了水流流速分布,植被覆盖区域的水流流速明显降低,泥沙运动减弱;非植被覆盖区域的水流流速增大,泥沙运动加剧;合理布置植被可以减缓弯道凹岸的泥沙侵蚀;数值计算结果和试验结果之间的比较表明三维k-ε-Ap固液两相双流体湍流模型处理推移质运动的方法比三维单流体模型更加合理.     

论河弯水流的运动

本文对一般的棱柱形河道,建立了河弯水流的运动微分方程;对具有梯形过水断面的河弯水流,得到了弯道中线半径r_0中心角a对弯道末端流速不对称分布的影响公式,并求得了弯道后速度调整直段长度的计算公式。理论计算与模型试验符合得较好。     

弯曲河道对改善水生生物栖息地研究进展

从保护生物学来看,保护生物多样性最有效的办法是保护生境.天然弯曲河道独特的水沙特性能够创造出丰富多样的生境,可为各种水生生物提供良好的栖息场所.若能充分利用弯道水流特征,尤其是利用其对河床形态的改变作用,就能创造出多样的生境,从而达到保护或恢复受损河道水生生物多样性的作用.然而,有关弯道水流的研究大多集中在弯道水流结构、泥沙运动与河床变形等方面,系统研究弯道对水生生物栖息的改善或恢复的并不多.为此,首先系统梳理了国内外关于弯道水流在水流结构、泥沙运动与河床变形和水生生物栖息地修复以及相关数值模拟等方面的研究进展;其次,基于利用弯道水流改善水生生物栖息地机理研究方面的不足,提出了今后在弯曲河道栖息地修复方面应开展的研究重点和方向.     

黄河沙坡头连续弯道水流运动三维数值模拟

用可实现k-ε数学模型对黄河沙坡头建立水利枢纽后库区连续弯道的水流运动进行了三维数值模拟.得到了不同断面处垂线平均流速分布、断面流速分布、主流流速和二次流的数值模拟结果,对部分断面弯道环流及水面处离心环流进行了模拟和分析.数值模拟结果与实测结果吻合较好,表明该模型可以用于对具有连续弯道的天然河道河流数值模拟中.     

弯道水流紊动强度

采用先进的三维声学多普勒流速仪对水力光滑壁面的弯道水流紊动特性进行了系统的试验研究，较为全面地测量了弯道水流的三维时均流速和脉动强度等．根据试验数据，探讨了弯道水流的紊动机理，分析了弯道水流的紊动特性，得出了弯道水流纵向相对紊动强度的数学表达式；同时还对弯道水流纵向、横向及垂向的紊动强度分布特点进行了比较．     

丁坝与挡土墙配合防护沿河公路路基机理分析

山区沿河公路常由于弯道水流冲刷而发生水毁.为进一步认识丁坝和挡土墙配合这一沿河路基水毁防治方案的防护机理,采用现代三维运动界面追踪技术VOF(volume of fluid)方法和标准k-ε模型耦合求解,对圆心角为90°弯道中设置丁坝的三维流场进行了分析研究,指出丁坝和挡土墙配合防护沿河路基是通过改变弯道水流的流场结构,使水流偏离被防护的路基或将冲刷区变为淤积区,从而达到冲刷防护目的的.     

曲线同位网格的三维水流数学模型

为采用数学模型研究三峡两坝间的通航水流条件,在曲线坐标系与同位网格模式下,利用有限体积法离散水流控制方程,采用S IM PLEC算法与界面动量插值法计算了室内试验与天然河流弯道三维流场,并用实测资料对室内弯道三维水流的计算成果进行了验证分析。结果表明,三维水流数学模型的计算值与实测值基本吻合。计算结果反映了弯道水流特性,弯道环流明显,且表层水流指向凹岸,底层水流指向凸岸。     

弯道对拱坝闸孔挑流的泄流影响试验研究

采用流场实时测量系统和直读式流速仪等测量手段对弯道处拱坝挑流泄流的水流特性进行了系统的试验研究,较为精确地测量了弯道和闸孔及其挑流水流的流场和时均压强水头等,通过对三种不同工况的试验数据进行分析,探讨了弯道水流对闸孔泄流影响的相关规律和特征,为深入分析建闸后弯道水流对闸孔泄流的影响研究提供借鉴。     

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.     

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.     

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．     

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.     

泄洪隧洞急流弯道水力特性

由于泄洪隧洞明流弯道流速大、弗劳德数高、流态复杂,因此极少在工程中应用,相关水力特性研究也较少。本文采用物理模型试验方法,对城门型泄洪洞急流弯道及其下游水流进行了观测。试验结果表明：弯道内水流具有轴向前行与由凸岸流向凹岸的横向运动,由此产生凸岸水面逐渐降低、凹岸水面逐渐爬高的发展趋势;凹岸水流超过隧洞直墙的部分紧贴洞顶继续沿轴向前行,同时其横向运动方向演变为由凹岸指向凸岸;洞顶贴壁水流跃过洞顶最高点后,沿着凸岸直墙下滑,形成瀑布;水流在弯道内呈现出环状状态,在下游平直隧洞内逐渐演变为表面起伏波动的水流。根据试验结果,建立了凹岸水流冲击拱顶初始位置及第一波峰冲击拱顶范围的预测经验公式,为泄洪隧洞弯道段设计提供参考。     

丁字路口车辆U形转向的元胞自动机模型

基于丁字路口左半部分车道建立了双向六车道道路系统,考虑U形转向车道位于左车道和中车道两种情况。将直线道路和转向道路按车辆实际行驶轨迹交错划分元胞,引入红绿灯,以NaSch模型为基础进行模拟仿真,再统计各车道流量进行分析。结果表明,U形转向车道位于左车道时有利于U形转向车辆通行,位于中车道时有利于右方左转车辆通行,但对驶向路口三车道流量影响较大。     

中等半径大偏转角弯道的水流特性

通过试验,分析了水利工程中中等半径大偏转角弯道的水流特性,讨论了弯道中线半径ｒ０和弯道宽度Ｂ的比值（ｒ０／Ｂ）与弯道凹岸水流第一波峰位置θ１,以及ｒ０／Ｂ与弯道凹岸水流第一波峰处水深ｈ２和弯道进口水深ｈ１的比值之间的相互关系及其影响,提出了防止弯道凸岸底部出现于底的界限值,验证了弯道凹岸水压力的变化,并给出了弯道波角β１和最小中线半径ｒ０ｍｉｎ的经验公式。     

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.