小型自排沉沙池沉沙工况的水力学特性试验研究

首先介绍了小型自排沉沙池的工作原理与工作过程,然后以物理模型对小型自排沉沙的水力学特性进行试验研究,通过试验资料深入分析了小型自排沉沙池内水流的流态特征,流速分布等水力特性。试验研究旨在为进一步研究小型自排沉沙池沉沙工况提供依据。     

有关悬移质级配垂向分布计算方法的改进

在渠系浑水输移过程中,悬移质垂向分布特性对渠系节点分配沙量具有重要意义。为研究悬移质含沙量及颗粒级配垂向分布问题,基于泥沙颗粒在水体悬浮过程中受力平衡,推求水深临界粒径关系。在此基础上,论述粗、细泥沙颗粒垂向分布规律的特殊性,对已有垂向分布公式进行修正,进而得到各水深处悬移质含沙量及颗粒级配关系式。结果表明,泥沙颗粒垂向分布特征与颗粒大小和水体紊动强度有关。当代表粒径为参考点悬沙级配d15~d30时,含沙量及颗粒级配实测值与计算结果吻合良好。     

含沙量对U型渠道水流流速横向分布律的影响

探索含沙量变化对U型渠道水流流速沿横向分布的影响,进而从理论上完善挟沙水流流速分布规律,对渠道水沙运动规律的研究有重要意义。引入指数流速分布公式,通过U型渠道水槽试验,测定水流中含沙量为1.12～500kg/m3时,指数公式中流速横向分布系数的变化规律,说明U型渠道挟沙水流流速沿横向分布遵循指数流速分布规律。在含沙量s<300kg/m3下,流速横向分布系数随着含沙量的增大呈线性缓慢增大,当含沙量s≥300kg/m3时,流速横向分布系数由缓慢增大变为急剧增大,说明水流流型已发生了变化;含沙量s≥50kg/m3时,U型渠道的中心出现了核心区,核心区随着含沙量的增大而变宽。     

渠系节点三维流场的试验研究

渠系节点三维流场的研究,对于河流、渠道等明渠水流流场的变化规律具有重大实际指导意义。通过vectrino plus小威龙三维流速仪在不同水位及流量条件下对渠系节点进行流速观测,研究节点附近水域三维流速沿水深的分布,分析各工况下口门区、明渠段及主河道上下游表层及底层节点的三维流场的分布规律。研究结果揭示了渠系节点处水流运动的非定常特性,口门区水流结构表现为横向环流、立轴环流和次生副流的叠加,流速分布与正常明渠流动存在差异。     

渠系节点悬移质淤积分布数值模拟

【目的】研究渠系节点区域悬移质淤积对支渠引水分流的影响。【方法】基于中下级渠道中直角分水口区域建立水流计算模型,借助FLUENT求解节点区域水力要素,采用水沙非耦合方法,通过MATLAB编译程序求解悬移质泥沙连续方程和河床变形方程。【结果】若以初始引水流量的90%作为分水支渠供水保证率,在上游给定的来水来沙条件下,最大清淤周期为7.5 a。在淤积末期,分水口区域泥沙淤积形成拦门沙坎,影响主支渠分流流速比η,过流能力减小为初始过流量的65.6%,近床面处过流宽度仅为支渠宽的37.5%。【结论】渠系节点淤积对支渠过水能力影响较大。     

渠底螺旋流形成及其泥沙起动机理的分析研究

渠底涡管螺旋流排沙是利用涡管内产生的螺旋流排除渠道中来沙的一种泥沙处理技术。渠底涡管排沙的机理是水沙的惯性作用和边界条件相结合的产物。在涡管内水流沿管方向运动，同时受到渠道水流纵向流速的影响，在涡管内形成既有纵向流速又有横向流速的水流运动，从而形成螺旋流。为对渠底螺旋流形成及流速结构有一个比较深入的认识，本文首先分析了影响渠底螺旋流形成的关键因素，并通过已有的试验资料对渠底涡管内螺旋流横向流速分布进行分析计算，然后讨论了不同流量不同底坡对流速分布的影响，得出了关于渠底螺旋流的规律性结论。     

含沙量变化对U型渠道垂线流速分布的影响

【目的】探索含沙量变化对U型渠道挟沙水流垂线流速分布的影响,进而从理论上完善挟沙水流流速分布规律。【方法】通过U型渠道水槽试验,测定水流中含沙量为1.12～500kg/m3时,最大流速所在位置的变化,同时引入卡门常数κ,来反映含沙量对垂线流速分布的影响。【结果】当水流含沙量s<300kg/m3时,随着含沙量的增加,最大流速点的位置逐渐下降,在主流区、底流区和表面区,挟沙水流均遵循对数流速分布规律,但κ的变化规律不同;当含沙量s≥300kg/m3时,水流的流型发生了变化,表面区、主流区水流不再遵循对数流速分布规律,底流区虽仍遵循对数流速分布规律,但κ的变化规律与s<300kg/m3时不同,κ的变化趋势总体随着含沙量的增大而减小。【结论】U型渠道挟沙水流遵循对数流速分布规律,κ的变化规律与普通明渠不同,应该分别对待。     

异型岔管水力特性的数值模拟

【目的】探求异型岔管的水力特性,研究岔管处局部水头损失及流速和压强的分布情况,并检验数值模拟方法的可靠性。【方法】采用物理模型试验和数值模拟相互验证的方法,依据实际情况对积石峡电站灌溉引水系统重力输水管网岔管在6种不同的供水工况(正常水位和死水位1#支管单独供水、2#支管单独供水及1#、2#支管联合供水)下的流速、压强分布及局部水头损失进行了研究。【结果】在6种不同工况下,局部水头损失系数的数值模拟值均小于试验值,相对误差最大为14.452 5%,且各工况下得到的岔管处局部水头损失、局部水头损失系数值并不相同;数值模拟结果直观地反映了岔管处流态分布和压强的变化情况。【结论】岔管处的水力特性复杂、影响因素较多,即使同一工程的同一岔管在不同的运行工况下各参数的选取也具有灵活性,因此对于具体问题要进行具体分析。     

灌渠闭闸期闸前段流场特征及泥沙淤积速率分析

为研究灌渠闭闸期闸前段流场特征及泥沙淤积速率,基于南亚某河流待建引水明渠建立水流数学模型,并借助Flow-3D软件对高水位、中水位和低水位3种特征工况下,闭闸期闸前段流场进行模拟分析。依据盲肠水流泥沙运动的研究思路,提出闭闸期闸前明渠段泥沙淤积速率的估算方法,并结合同期明渠段悬移质泥沙模型试验资料,率定得出闸前段泥沙淤积速率求解公式。结果表明,闭闸期闸前段出现围绕竖轴近似呈椭圆型的回流现象,平面流速呈交替增减、水位呈中心低周界高的水力特征;泥沙淤积速率较大,灌渠将呈现累积性淤积特征。最终得出,闭闸期闸前明渠段与港池内盲肠水流运动相类似,闸前渠段淤积严重,引水明渠的口门初步设计方案有待充分论证的结论。     

泾惠渠灌区浑水泥沙输移特征

通过对泾惠渠灌区2013年夏秋灌期干支斗渠浑水资料的实时取样分析,探究渠灌区渠系挟沙水流含沙量及泥沙级配的时空变化规律,量化描述不同粒径悬移质泥沙颗粒的输移特征,旨在获得灌渠渠系内挟沙水流历经冲淤过程不同粒径悬沙沿程的垂向分布与输移规律,为渠灌区的运行及泥沙问题的处理提供理论基础。灌区内进行的原型取样测流工作在选定的具有代表性的干-支-斗渠线路上进行,观测分析了灌区渠系含沙量及不同粒径泥沙颗粒沿垂线分布的特征,验证分析了挟沙水流历经淤积过程含沙量分布的变化规律。通过对典型渠系线路不同粒径悬移质泥沙的沿程调整计算分析,表明不同粒径泥沙沿程的输移特征不同,各分组沙的冲淤特征并不都和全沙平均计算结果一致,其中级配曲线左端一定粒径范围（约＞0.015 mm）的粗沙与全沙具有同冲同淤的规律。该研究可为泾惠渠灌区泥沙处理利用以及渠灌区浑水调控理论与技术的进一步研究提供依据。