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．     

明渠弯道水流与冲刷问题

弯段是河流的一般现象,而直段只不过是弯段之间的过渡环节。在广阔的平原里,在陡峻的山区中,常常可以见到婉蜒曲折的河弯。平原河弯的水流,流势较缓,大多数属于缓流。山区河弯的水流,流势湍急,往往出现菱形交叉、水面起伏的冲击波,多为急流。研究河床演变、河道整治、河岸防护、水工建筑物的平面弯曲段(例陡槽的弯曲段)等许多问题都和研究明渠弯道水流与冲刷问题有关。据了解,许多排洪渠道水毁事故,大多数发生在弯段:或因岸墙基础淘刷过深而倒坍,或因岸墙超高过小产生水流漫顶而造成损失等。因此,弯道水流和冲刷问题的有关计算也是一个现实的有待解决的工程问题。以下仅就有关问题作些简单介绍。     

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．     

连续弯道水槽水流结构与床面形态试验研究

连续曲率弯曲河道是河流的常态,而河道弯曲引起的二次流是河床地形和河岸变动的主要动力.采用三维多普勒高级点式流速仪和Trimble TX8三维扫描仪,分别对模型40个断面和床面形态进行三维流速数据和床面形态数据采集.通过水流和床面试验,研究了连续曲率弯道水槽水流结构变化与床面形态短期演变特性.研究结果表明:模型弯道处水面发生扭曲,最大横比降位于各弯段弯顶下游.纵向流速在垂向上呈先增大后减小的趋势,这体现了明渠水流最大流速发生在自由水面以下.各断面存在一个主环流和一个反向小环流,部分断面出现3个或更多环流结构,且环流出现的位置横向流速在垂向上改变方向.环流强度最小值位于各弯段弯顶附近.在各弯段凹岸附近,纵向流速存在小流速区,床面形态均存在与小流速区相对应的床面平整区.活体柔性植被均匀种植的工况Run-4最大淤积和冲刷深度均小于无植被种植的工况Run-3,这说明弯曲边界引发的二次环流是河床地形的主要动力.活体柔性植被根系和植株对床沙和水流均产生影响,起到了增大河床阻力的作用.     

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。     

U形弯道水流实验及其数值模拟探究

在现阶段的发展中,我国对道路的研究进入到了一个新的阶段,原本很多不被重视的道路得到了充分的重视,尤其是U形弯道.对于U形弯道而言,水流对其具有很大的影响,我们需要对U形弯道水流进行一定的实验,将实验的结果进行系统的分析,这样就可以在道路建设的过程中,有效的避免一些问题的发生,同时可以让U形弯道更好的为广大的居民服务,成为社会发展的动力.对于U形弯道而言,水流实验是最有效果的.     

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.     

垂向基于谱方法的三维弯道水流模型

传统平面二维水动力模型模拟弯道水流时,将流速垂向分布固定化,不能随边界变化和二次流发展进行调整,而垂向完全自动调整的三维水动力模型计算效率低。该文采用谱方法将平面流速的垂向分布用正交多项式表示,通过加权余量法建立简易三维模型,对流项采用基于Gauss点的半Lagrangian法(semi-Lagrangian scheme,SLS)计算。由急弯弯道水流试验验证可知,多项式阶数大于1时模拟结果较好。弯道主流线位置预测整体误差不超过7%,精度和传统的三维水动力学模型相当。对涡黏性系数简单求解,但考虑了垂向和水平方向的差异性,能够得到合理的弯道水流结构。垂向基于谱方法建立的三维模型,无垂向网格离散,计算量明显减少,获得了与平面二维模型相当的计算效率。     

环流修正模型对连续弯道水流模拟的适用性分析

现有的环流修正模型多通过对单弯道或曲率较小的连续弯道的水流模拟来验证,其对曲率较大的连续弯道或天然河道水流模拟的适用性有待进一步分析。为解决这一问题,该文将修正模型应用于曲率较大及与天然河道平面形态相近的变曲率连续弯道的水流模拟中,来检验修正模型的适用性并分析修正项的作用。结果表明:修正模型模拟的水深略高于非修正模型,纵向水深平均流速与实测值更接近,在壁面附近尤为明显。通过对修正项的分析得出,修正项的量级与黏性项量级相当,其作用不可忽略,且在壁面附近对流速的修正作用最明显。通过分析表明,该文所采用的修正模型对曲率较大的连续弯道的水流模拟具有一定的适用性,对壁面附近流速模拟精度的提高使得本文修正模型更适用于弯道横向演变的模拟研究。     

用K-ε模式解平面二维弯道水流

本文建立了一个模拟弯道水流水深平均运动特性的数学模型.模型考虑了横向环流的影响,并求解了水深平均的时均动量方程及连续方程.利用Boussinesq假设,引入一个紊动粘性系数,将脉动与时均运动联系起来,以确定紊动应力.紊动粘性系数与两个参数—紊动动能k及其耗散率ε有关,而k,ε通过求解微分输运方程得到.利用该模型计算的纵向水深平均流速及水面线与作者及Rozovskii的实测资料相当吻合,这表明模型是正确的.     

弯道水流的数值模拟及沿河路基冲刷机理分析

应用大型流场分析软件Fluent,采用现代三维运动界面追踪技术VOF(流体体积)方法和标准k-ε模型耦合求解对圆心角为90°弯道的弯道水流三维流场进行了合理模拟,得出了河床剪应力的分布特征,为路基冲刷分析和合理防护措施的制定提供了理论分析的基础.     

有纵向底坡弯道急流的二维解析解

本文通过对水流运动的欧拉(Eulcr)方程和连续方程按小扰动原理进行线性化处理,然后求其波动方程的解。导出了有纵向底坡时,通过明渠弯道的水流波动周期、第一波峰位置及该点最大水深的解析式,并经试验进行了验证。计算与试验表明,当弯道的纵坡i(i=tgα)在所试验的范围内(tgα<5％)时,它对弯道的水力特性影响很小,可按平坡计算。     

外分单汊的常曲率弯道水流特征有效模拟

针对健康生态环境下的河道系统性向外分汊演化、河道-植物和谐发展现象,以实际河型资料特征统计为基础,设计了外分单汊的常曲率弯道水流特征数模试验,研究了主弯道不同弯曲比率和汊道出口不同开闭条件的影响.汊道的存在对主河道下游蜿蜒迁移趋势具有强化效应,且此效应以临界弯曲条件(曲率半径/河宽=3.0)为中心向更强弯和更缓弯发展趋势双向扩散.汊道的存在引起弯道下游横断面凹岸侧近底部“强-正涡量区”与凸岸侧近水面“弱-负涡量区”的此消彼长,两者最终相互中和、抵消.汊道出口的自由出流引起弯道下游横断面和整体近床水平面螺旋流强度的大幅减小和强弯条件下弯段上游横断面螺旋流强度的明显增大.壁面切应力在分叉口头部趋小,在局部汇流区趋大,且在汊道出口自由出流时二者均大幅增大,分叉口对应的主河道凸岸侧下游壁面和弯道最下游1/4段床面切应力均降至极低.该研究为河道系统中植物发展的和谐物理空间设计提供了基础性水信息支持.     

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.     

植被覆盖的河道水流纵向流速垂向分布

为研究天然湿地灌木植被群落交错区植被特征参数垂向变化对水流流速垂向分布的影响,进行了室内实验。在室内水槽种植灌木植被和灌木-草本植被,沿纵向方向设置5个监测断面,垂向布设若干测点,利用Doppler流速仪测量纵向流速,比较分析单一灌木植被群落和群落交错区内纵向流速垂向分布规律。结果表明:植被之间水流纵向流速垂向分布近似为双曲线;植被冠层以上流速垂向分布符合幂函数曲线。     

植被覆盖的河道水流纵向流速垂向分布

为研究天然湿地灌木植被群落交错区植被特征参数垂向变化对水流流速垂向分布的影响,进行了室内实验。在室内水槽种植灌木植被和灌木-草本植被,沿纵向方向设置5个监测断面,垂向布设若干测点,利用Doppler流速仪测量纵向流速,比较分析单一灌木植被群落和群落交错区内纵向流速垂向分布规律。结果表明:植被之间水流纵向流速垂向分布近似为双曲线;植被冠层以上流速垂向分布符合幂函数曲线。     

弯道的风景

＂无限风光在险峰＂,然而有时,那美好的风景也在你感到迷茫的弯道处。当正在寻觅风景的你驻足在路口时,不要总想着笔直大道的前方风景无限,或许那充满坎坷的弯道过后正有你意想不到的美景等候着你!正所谓＂柳暗花明又一村＂,这是不畏前路艰辛敢于迎接挑战所赢来的明媚风光。     

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.