复式断面明渠中污染物混合输移的数值模拟(Ⅰ)——复式断面二次流的模拟

采用L-Y雷诺应力模型，对水面和固壁边界条件进行有效的处理，结合混合有限分析法数值模拟了复式断面明渠二次流流动．和实测资料的对比验证了数值计算和边界处理技术的合理可靠性，并进一步分析复式断面明渠二次流运动的流动结构和特性．发现二次流主要产生在固壁拐角和近岸区域，其中最突出的位置是滩槽结合部，存在明显倾斜指向主槽自由水面的二次流；主流速度等值线被二次流强烈影响凸向二次流指向．     

非对称复式断面明渠水流特性试验与数值模拟

采用三维超声测速仪对非对称复式断面明渠水流流场特性进行试验研究,采用L-Y雷诺应力模型对水面和固壁边界条件进行有效地处理,结合混合有限分析法数值模拟了复式断面明渠二次流流动,和实验资料的对比验证了数值计算和边界处理技术的合理可靠性.进一步分析复式断面明渠二次流运动的流动结构和特性,得到复式断面明渠流动中的二次流分布速度矢量分布、主流流速等值线及典型断面沿水深的主流流速分布,发现自由水面上的主流速度存在速度下降现象,二次流产生最明显的位置在明渠主槽与浅滩的接合部.     

非对称复式断面明渠中污染物混合输移的数值模拟(Ⅱ)——二次流对异质扩散的影响

运用L-Y雷诺应力模型及对水面和固壁边界条件进行有效的处理，结合混合有限分析法数值模拟了复式断面明渠二次流流动及污染物的运移，探讨了沿自由水面横向和垂向的浓度及雷诺传质分布规律，分析了二次流对浓度扩散和紊动传输的影响．     

复式断面横流紊动水平射流特性试验

为了揭示复式断面横流环境中三维圆形水平射流的特性,运用Micro ADV测速系统对射流流速比为12的横流紊动射流进行了实验研究,给出了射流典型横断面二次流速度的矢量图和主流速等值线图.实测速度场资料分析表明:在射流出口附近射流表现出强烈掺混和卷吸现象,主槽和边滩的衔接段存在着较强的二次流,同时射流与来流的相互作用表现出明显的分叉现象,其分叉半角为7.6°;复式断面产生的二次流有助于加速射流的分叉.实测的流动典型横断面紊动强度分布和湍动能等值线表明,射流在其核心区具有强烈紊动,且在整个流场中是各向异性的.最后给出了射流出口高度水平面的时均流速分布图.     

茨淮新河滩槽糙率比值分析

滩槽水流的相互作用是复式断面河渠的重要特性,关系到过流能力计算.根据茨淮新河上桥闸水文站原型观测资料,对滩槽水流相互作用机制进行初步分析,检验了滩槽糙率比值,得出滩槽水流相互作用的影响虽使滩地流量增大,但使主槽流量减小,总的效果是整个断面过流能力下降;强调了具体分析各河段特性和滩地过流能力对合理规划整治措施和加强滩地管理的重要意义.     

复式河道滩槽泥沙粒径分布特性

以实体模型概化水槽为基础,研究水深、含沙量及泥沙级配等因素对滩槽泥沙粒径分布的影响.复式河道滩槽泥沙粒径的分布一般具有进口悬沙粒径大于出口悬沙粒径、主槽床沙粒径大于滩地床沙粒径、主槽悬沙粒径大于滩地悬沙粒径以及床沙粒径大于悬沙粒径等基本特征;滩槽床沙粒径比随滩槽相对水深的增加而增加,但滩槽悬沙粒径比随相对水深的变化不大;滩槽床沙粒径比随着含沙量的增加而减小,粗颗粒泥沙的减小幅度要比细颗粒泥沙大,而滩槽悬沙粒径比随含沙量变化不大;滩槽悬沙粒径比及床沙粒径比均随着来沙粒径的增大而减小,滩槽床沙粒径比的变化幅度要大于悬沙粒径比的变化幅度.通过分析滩槽泥沙粒径分布的主要影响因素,建立了相应的经验公式.     

粗糙度对水平热水浮射流影响特性研究

采用物理实验和数值模拟方法,研究不同粗糙度的矩形断面明渠,横向水平浮射流特性;以期对浮射流和主流的相互作用、浮射流横向扩展规律、粗糙度对二次流强度的影响、粗糙度对浮射流横向扩展距离的影响有深入认识。为了更加充分验证分析的正确性,对动量方程进行简化,得到沿水深方向积分后的解析解;进而详细阐述粗糙度对二次流强度的影响。研究表明,随着粗糙度增加,横向水平浮射流扩展宽度减小;且随着排水口淹没水深减小,粗糙度对热水浮射流横向扩展宽度的影响不断减弱。不同粗糙度对二次流强度影响不同是造成上述现象的主要原因。该成果可用于不同粗糙度河槽的温排水问题的研究中。     

透平动叶顶部间隙流的端壁二次流结构研究

对不同动叶顶部间隙的Aachen一级半轴流透平内部流动进行了数值模拟，以二次速度矢量和周向平均气流角的分布为依据，分析了间隙流、间隙涡与动叶顶部通道涡掺混的方式及其对二次流结构的影响．结果表明：较大的间隙尺寸导致间隙涡较早产生；间隙涡在向下游发展的过程中强度减弱，但范围有所增加；较小的间隙或者在接近叶栅前缘区域，间隙流仅将通道涡整体推移，不破坏通道涡的完整性；间隙较大或在叶栅的高加载区域，间隙流将通道涡拆分成2个独立的涡区，并将这2个涡区分别向压力面和中叶展推移，而间隙涡本身则占据动叶顶部较大的区域．最后，给出了不同间隙下2种不同的端壁二次流结构．     

基于OpenFOAM的旋转弯曲通道内流动的数值模拟

离心式叶轮机械的叶轮通道内的流体流动受到旋转效应与曲率影响而产生强烈的二次流现象.二次流是叶轮通道内流动损失的一个原因,对离心叶轮机械的性能产生不利的影响.应用开源CFD软件OpenFOAM对旋转情况下的90°弯曲通道内的不可压缩流体流场进行三维黏性数值模拟.研究了弯曲通道在不同转速下哥氏力与离心力共同作用对主流速度、二次流及压力特性的影响规律.结果表明:与静止通道相比,旋转产生的哥氏力在弯曲管段形成不对称的二次流,使通道内涡结构变得复杂;甚至在较高转速下二次流方向发生反向.     

感潮河段漫滩的数值模拟

运用一维和二维不恒定流嵌套计算的方法，给出带有漫滩的感潮河道水流动的计算结果．当主河道的水位、流量发生变化时，河道中漫滩区的淹露也将随之而变．因此把整个计算域划分成三个子计算域，分别用明渠一维不恒定流方程和二维浅水方程描述其中的水流动状态，并分别划分计算网格，在数值计算中将三个区域的流动互相嵌套连贯起来，最终给出包括河道和滩地漫滩的水位变化规律及水流动速度分布规律．