二维垂向淹没射流冲刷粗砂砂床的数值模拟

采用泥沙冲刷模型对二维淹没射流冲刷无黏性砂床作了数值模拟,冲刷时间为10 s。湍流模型选用RNGk-ε模型,它对于低强度湍流和具有强烈剪切区域的流动应用更加广泛。数值计算结果和实验结果吻合比较良好。数值模拟结果和实验结果都表明:当冲刷时间相同时,射流速度越大,冲刷深度越大;当射流速度一定时,最大冲坑深度和冲刷时间呈对数关系。     

基于ALE方法的射流冲刷砂土和黏土的数值计算

疏浚工程中常采用射流冲刷的方式辅助切削土壤,但面对不同土质时其效果差异较大。针对疏浚中常见的砂土和黏土两种土质,采用ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)方法对其射流冲刷过程进行了数值计算,通过实验验证了计算结果的有效性,比较了两种土质在射流冲刷下的坑深发展、冲坑形态和冲刷能耗。结果表明:两种土质的冲刷坑深在初始阶段均线性增长,相同冲刷速度下黏土的发展速度较慢;两种土质的冲刷坑形均具有相似性,冲刷黏土获得的坑形更为陡峭;随着目标坑深的增长,两种土质所需冲刷速度线性增加,获得相同冲坑深度时,黏土(剪切强度17 kPa)所需能耗达砂土的十多倍。     

基于ALE方法的射流冲刷砂土和粘土的数值计算

疏浚工程中常采用射流冲刷的方式辅助切削土壤,但面对不同土质时其效果差异较大。本文针对疏浚中常见的砂土和粘土两种土质,采用ALE（Arbitrary Lagrangian-Eulerian）方法对其射流冲刷过程进行了数值计算,通过实验验证了计算结果的有效性,比较了两种土质在射流冲刷下的坑深发展、冲坑形态和冲刷能耗。结果表明：两种土质的冲刷坑深在初始阶段均线性增长,相同冲刷速度下粘土的发展速度较慢;两种土质的冲刷坑形均具有相似性,冲刷粘土获得的坑形更为陡峭;随着目标坑深的增长,两种土质所需冲刷速度线性增加,获得相同冲坑深度时,粘土（剪切强度17kPa）所需能耗达砂土的十多倍。     

局部冲坑对导管架刚度影响的模型试验

采用缩尺4桩导管架风机模型试验研究冲坑对导管架刚度的影响。通过控制导管架基桩冲坑出现顺序及不同冲坑深度模拟冲刷过程,研究静力荷载作用下局部冲坑对导管架基础刚度、内力分配规律的影响以及冲坑分布、冲坑深度、冲坑出现顺序、冲坑坡度对导管架共振频率的影响。结果表明：荷载较小时,1.5D(D为桩径)深度以内的局部冲坑对导管架静刚度的影响较小,但冲坑对静刚度的影响随荷载增加而逐渐增大;当冲坑深度大于1D时,导管架共振频率开始出现下降趋势,此时任意基桩再出现更深冲坑都会引起共振频率的较大下降;当局部冲坑深度分别为1.5D和2D时,风机共振频率分别下降约3.2%和6.3%;当冲坑形状为圆锥形时,保持局部冲坑深度不变,改变冲坑坡度对导管架风机共振频率影响较小。     

冲刷坑冲刷过程的数值模拟

为了探索用数值模拟的方法来模拟冲刷坑形成过程及预测冲刷深度的可行性,在贴体非正交曲线坐标系中,采用控制体积法对二维散粒体河床的冲刷进行了数值模拟,根据冲刷过程中坑底动水压强和冲刷深度之间的平衡关系,来控制坑底边界网格移动进而模拟冲刷坑的冲刷过程及流场变化过程,实现了对冲坑底边界动态发展过程的自动模拟.计算得到的控制参数变化规律,表明用此方法模拟冲坑发展过程的可行性;计算结果与试验吻合较好,说明本方法可以有效地用来模拟冲坑发展过程,并能正确的反映挑流冲刷中流场结构和速度、压力等参数的变化.     

超音速气射流破煤机理及其影响因素研究

气射流破煤是高压气体经喷嘴加速,在空气中自由发展,最终冲击破煤的连续综合过程。基于空气动力学与岩石力学理论,利用气射流破煤的连续过程机理。制取4种不同强度的试块进行的气射流破煤影响因素研究,分析不同恒定条件下,高压气射流冲击形成的冲蚀坑深度和面积的影响。存在最优靶距为30mm、最优喷嘴规格为2.75Ma和3.5Ma以及冲蚀坑深度随着喷嘴入口压力的不断提高总体呈不断增大的趋势,冲蚀坑面积亦呈现随着喷嘴入口压力提升而增大的趋势。     

水工隧洞衬砌底板缺陷诱因及其对结构安全的影响分析

水工隧洞长年运行会出现裂缝、磨损、掉块、冲坑等缺陷,极大影响工程安全。针对水工隧洞衬砌底板冲坑产生的原因及其对结构安全的影响问题,开展隧洞断面水力特征参数的数值模拟,从水力学角度分析衬砌底板冲坑产生的原因,并开展运行和检修工况下不同冲坑深度对衬砌结构受力的影响分析,结合监测数据与模拟成果对冲坑所在位置截面承载能力进行验算,结果表明：隧洞底板流速与紊动能均较大,在运行过程中受高速水流冲蚀作用最强,也最容易产生破坏。冲坑形成后主要对隧洞底板和边墙弯矩的对称性及数值影响较大,对轴力及剪力影响较小。受内外水压力控制的差异,相对于检修工况,运行工况下冲坑对结构安全的影响更加明显,冲坑导致截面抗弯刚度显著减小,随着冲坑深度增加,抗弯承载力逐渐减小,工程运行中应重点关注运行工况下底板混凝土的冲刷情况。     

炼钢转炉顶吹气体射流对熔池的穿透行为

在转炉吹炼过程中顶吹气体射流冲击液面形成的冲击坑对于熔池的成渣速率和冶炼效率有较大影响,是冶炼过程中的重要动力学参数。以1/10氧气顶吹转炉为对象进行了水模型实验,研究了枪位、顶吹气量对射流穿透行为的影响;基于实验与理论分析,讨论了液相表面张力对穿透深度的影响机理;通过引入用于冲击坑形成的射流冲击动能利用指数,建立了更为精确的穿透深度分析模型。研究结果表明:穿透深度随枪位的降低、顶吹气量的增大而增大,冲击直径随枪位的提高而增大但受顶吹气量的影响较小;液相表面张力对穿透深度的影响随着表面张力的增大而加强,随着穿透深度的增大影响更为显著;能量利用指数随着枪位的提高而增大,并基于实验得到了其与枪位的定量关系。     

基于SPH方法高速射流冲刷的模拟

针对有限单元法在处理大变形中的网格重构、网格畸变等问题的困难,采用SPH方法模拟高速射流冲刷过程。SPH方法是一种纯拉格朗日型的无网格粒子法,能够有效地避免大变形中的各种网格问题。采用该种方法主要模拟不同工况下的冲坑发展情况,冲刷对象选LS-DYNA中的MAT147材料模型。计算结果表明采用SPH方法可以形象、直观地反映高速射流冲刷的过程,并且能够清楚地描述粒子速度场和砂床内部压力场的演变,所得结果可以为高速淹没射流的研究提供参考。     

封闭流道内射流冲沙效果的试验研究

通过某电厂用水系统吸水暗渠内减淤措施模型试验,对冲击射流在封闭系统内的冲沙减淤效果进行了研究,并对影响冲沙效果的主要控制参数进行了分析比较。结果表明,在一定的泥沙条件下,一定尺寸的封闭系统内,入射水流的动能对冲沙效果影响很大,淤沙的冲坑半径还与冲沙管管径,水流含沙量,泥沙沉速等因素有关。本试验所采用的模型设计方法及分析方法为解决类似工程问题提供了思路和参考     

多股挑、跌流水舌作用下基岩冲刷平衡深度

分析了多股挑、跌流水舌在水垫中扩散的水力特点 ,提出多股水舌在完全混合扩散区能量汇聚 ;以卡里巴、塔贝拉等工程原型冲坑资料为准 ,引入基岩抗冲水深 ,提出多股挑、跌流水舌作用下冲坑水深的估算方法 ;用小湾表、中孔多股挑、跌流作用下的试验值进行比较 ,表明预报公式可行。研究成果供水垫塘设计参考     

高拱坝表孔及中孔挑流水舌上下碰撞作用下基岩冲刷

分析了表孔及中孔挑流水舌上下碰撞能量损失、 3 -D扩散和漏碰等水力特点 ,用动量方程和水舌空中扩散宽度沿程变化规律导出 3 - D碰撞流速、碰撞效率和碰撞能量损失 ,得出碰撞最佳水力条件。分析碰撞水舌对基岩冲刷特点 ,提出表、中孔水舌上下碰撞作用下基岩冲刷平衡深度估算方法。小湾表孔、中孔碰撞工况下基岩冲刷试验表明 ,预报值和试验值在各级库水位下基本吻合。研究表明预报方法可行的     

溢洪道贴角斜挑坎挑流水舌水力特性研究

溢洪道出口挑坎体型的设计会依据工程的需求而有所不同.通过模型试验和数值模拟结合的方法,将常规的斜切式挑坎与加贴角的斜切式挑坎的水舌形态、水舌挑距、挑高、水舌及下游紊动能和紊动能耗散率进行比较分析,得出了加贴角后斜挑体型的新的特征.对于狭窄河道大交角溢洪道,加贴角斜切式挑坎能够使挑流翻转偏向一侧,有利于挑流的归槽,减小了入水宽度和对单侧岸坡的冲刷,且挑流在空中运动时紊动剧烈,砸落水垫时紊动能耗散迅速,有利于下游消能防冲.     

水流强度对淹没式方桩局部冲刷特性的影响

为研究不同水流强度作用下淹没式方桩的局部冲刷特性及流场变化,开展了非均匀沙条件下的桩基局部冲刷试验,分析了桩周的冲刷地形、冲刷深度变化规律;利用OpenFOAM对不同水流强度下的桩周流场进行了模拟,讨论了桩前马蹄涡、桩周回流和下降水流的分布特点。结果表明:在清水冲刷条件下,桩周的冲刷坑深度、沙丘高度和受冲刷影响区域大小均随水流强度的增大而增大;在平衡冲刷地形下,高水流强度冲刷后桩周流动更加复杂,冲刷坑内的涡流强度大幅度提高;当水流强度接近1时,粗颗粒泥沙对细颗粒的屏蔽效应会在一定程度上影响桩周最大冲刷深度。     

强潮山溪性河口围垦后桥墩最大冲刷深度研究

山溪性强潮河口围垦工程的实施束窄了河口的行洪通道,由此可能降低河口固有涉水建筑物的安全稳定性.为此,在就河口围垦对桥墩冲刷影响进行初步分析的基础上,利用平面二维嵌套潮流数学模型以及一般冲刷和局部冲刷的半经验半理论公式,就霍童溪河口围垦工程实施之后下游云淡大桥桥墩的可能最大冲刷深度进行计算,结果表明,围垦工程实施后,洪水期间云淡大桥的桥墩冲刷还是相当严重的,有必要对桥墩采取相应的防护措施.此外,通过对桥墩最大冲刷深度的影响因素进行探讨,指出实际桥墩冲刷深度一般还是难以达到计算所得到的可能最大冲刷深度.     

往复流作用下潮流能水轮机单桩基础冲刷试验

为研究往复流作用下潮流能水轮机单桩基础局部冲刷演变机制,在水槽中开展物理模型试验,探讨了水流强度对潮流能水轮机单桩基础冲刷过程的影响规律,并与仅单桩工况进行了对比.试验结果表明:往复流作用下,潮流能水轮机单桩基础冲刷过程具有显著的周期性震荡、逐步提高的特点;叶轮的存在加快了基础冲刷过程,增加了最大冲刷深度;最大冲刷深度...     

丁坝冲深极限值的探讨

丁坝冲深极限值是确定建筑物基础埋设深度的一个主要因素,丁坝设计和施工中的关键问题在于确定坝头最大冲深。根据试验资料和理论分析,对丁坝冲深极限值进行了研究,探讨了有关因素对冲深的影响,尝试性地提出了极限值的确定方法。     

初探挑流冲深的模糊估算

鼻坎下游的挑流冲刷受众多因索影响,由于现象复杂和不确定性,冲刷具有某种模糊性,可用模糊集理论估算冲深.单宽流量、水头落差和岩床特性为最重要的因素,由154组原型数据和270组常用公式"咨询数据"形成了挑流冲深数据库.对一定的水力条件和岩床特性可用模糊模型估算挑流冲深.对几个原型的估算值与实测值所进行的比较表明,该模糊模型的估算是合理的.