典型堤防溃口水力特性的试验研究

堤防溃口水流十分复杂,了解其水力特性是溃口堵复的基础。利用聚类分析确定的典型溃口特征值,建立了溃口水力模型,进行了溃口流场流态与基本水力要素的观测试验。针对堤防溃口区的复杂流态,利用VDMS系统记录分析了水流流速在溃口区域的分布特性,对堤防溃口中后期水力参数变化规律进行了归纳总结。试验结果表明流场流速最大点出现在溃口口门处,流速一般在4.81～5.80 m/s;溃口下游两侧洪泛区存在大范围涡流现象,回流流速一般在0.64～0.92 m/s;溃口上下游水位～流量与水位～流速的变化规律具有互补性特点,溃口无量纲水位差与单宽水流功率和水深存在相关关系;研究成果深化了对溃口水力特性的认识,为溃口堵复技术研究提供了技术参数。     

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。     

水力条件对丁坝附近污染扩散影响

含丁坝河流中水流流速、水位高度及河道底坡比等水力条件的变化会对丁坝周围水体中污染扩散过程产生较大影响。通过一系列改变水流流速、水位高度及水槽底坡比等水力条件的水槽试验,获得不同水力条件下丁坝附近水流流动特性及示踪剂质量浓度分布的变化规律：水流流速增大时,丁坝下游回流区的范围会变小但变化并不明显;水位升高时丁坝下游回流区范围仅随水位升高而变深,回流区长度和宽度没有明显变化;水槽底坡比改变对回流区范围的大小影响比较大,水槽底坡比越大丁坝所产生的回流区的范围也越变大。     

水力条件对丁坝附近污染扩散影响的示踪试验

含丁坝河流中水流流速、水位高度及河道底坡比等水力条件的变化会对丁坝周围水体中污染扩散过程产生较大影响.通过一系列改变水流流速、水位高度及水槽底坡比等水力条件的水槽试验,获得不同水力条件下丁坝附近水流流动特性及示踪剂质量浓度分布的变化规律:水流流速增大时,丁坝下游回流区的范围会变小但变化并不明显;水位升高时丁坝下游回流区范围仅随水位升高而变深,回流区长度和宽度没有明显变化;水槽底坡比改变对回流区范围的大4、影响比较大,水槽底坡比越大丁坝所产生的回流区的范围也越变大.     

分期导流围堰对河道水流影响的试

采用水槽试验对围堰附近的水流运动进行了系统的试验研究。通过详细分析围堰进、出口附近水流的断面流速分布以及沿程流速、水深变化规律,给出了分期导流围堰对河道水位和流场的影响,结果表明：（1）围堰的存在对其上游流场的影响范围比它对水位的影响范围要小得多;（2）围堰进、出口附近的水流运动呈现出明显的三维特性。所得结论为相关工程实践提供理论依据。     

游荡型河道堤防堤脚水平柔性护垫结构研究

保证堤防安全必先固岸护脚.在游荡型河道中,近岸水流尤为湍急,现有的很多护脚结构易破坏,导致堤脚易淘刷破坏,引起堤防安全问题.选取使用较为广泛的石笼结构为基础开展河工模型试验,设计不同流量、流速及水流方向的试验组次,根据实验结果提出一种堤防堤脚水平柔性护垫结构,其宽度可取冲刷深度的1.5～2倍并增加适当安全余度,石笼单元...     

卧式泵站竖井进水流道三面进水水力特性数值模拟

针对某单向卧式引水泵站采用的竖井式进水流道进行优化设计,提出三面进水竖井进水流道,为分析三面进水下竖井进水流道的水力特性,基于雷诺时均N-S方程和k-ε标准湍流模型,采用CFD技术对该卧式泵站的三面进水竖井流道进行数值模拟,通过控制中墩的线型以及中墩宽度b形成不同的三面进水流道,从而分析不同三面进水流道的水力特性,具体分析不同方案进水流道出口断面的轴向速度分布、水平剖面的流线和速度分布以及流道水力损失的状况.研究结果表明:对于不同中墩宽度下的三面进水流道,流线型中墩较矩形中墩其流速分布均匀度和速度加权平均角均较大,采用流线型中墩可以获得较好的流态;对于流线型中墩,随着中墩宽度b的减小,过水断面面积逐渐增大,各方案流速分布均匀度和速度加权平均角逐渐增大,当b=0.075B时,此时流线型中墩泵进口断面上的压力分布较矩形中墩更为均匀.     

壅水条件下弯道流速分布规律研究

为研究壅水条件下弯道流速分布规律,对90°弯曲河道开展了不同壅水程度的概化水槽试验。通过ADV对弯道试验段的三维流速进行精细测量并分析后发现:不同壅水程度试验组次的水流动力轴线在弯顶断面以前基本一致,过了弯顶断面,随着壅水程度增大,水流动力轴线向凹岸偏移的位置越靠近下游;对于同一断面,随着壅水程度增大,水深逐渐增大,时均流速逐渐减小,纵向流速和横向流速分布也越来越均匀。     

复式分汊水槽分汊口水流运动特性

分汊型河道是一种广泛存在的河流平面形态。当河道宽广时，河道行洪断面极有可能形成复式断面形态。存在江心洲的河道在演变过程中，洲头分流段水流运动往往起到了极其重要的作用。江心洲分流作用叠加复式断面滩槽交互作用，将共同对分流分沙产生影响，最终影响到整个河道形态的演变。为探究江心洲洲头水流运动特性对复式分汊河道演变的影响，设计了复式分汊河道的水槽试验。试验结果表明，复式分汊河道中，江心洲前的单一复式段，垂线流速分布基本满足对数分布；分流段流速主要受分汊形态的影响；复式断面形态是分汊口主槽和滩地流速变化的主要影响因素；在复式分汊河道的整治防护中，要着重关注江心洲洲头以及两侧的冲刷和两汊流速差异导致的淤积与冲刷；当流量增大到某一特定值时，复式分汊河道的断面形态可简化为简单的矩形河道进行研究。     

杭州三堡排涝泵站上游河道冲刷计算与分析

杭州三堡排涝泵站是国内规模最大排涝泵站之一,工程充分利用京杭运河作为排水通道,实现已有资源的有效利用,但必须处理好排涝与航道安全两者的关系。通过建立泵站上游河道水流数学模型,计算上游代表水位站点拱宸桥水位在1.6~3.6 m,泵站排涝流量为50~200 m3/s间的各种工况条件下的流速情况,建立了拱宸桥水位、排涝流量与河道沿程典型断面近底层流速关系,并对主要河段河床质取样进行颗分试验,分析河道典型断面河床冲刷情况。通过计算分析认为在已有河道条件下,水深是影响河床冲刷与否的关键性因素,因此需要按不同水深控制泵站排涝流量,以保证河床稳定和河岸安全。     

含刚性粗糙元渠道水流流速分布试验研究

【目的】探索渠道内刚性粗糙元对水流流速分布的影响。【方法】用三维超声波多普勒流速仪(ADV)采集水流稳定后不同位置的流速值,并对获取数据进行平均化处理,分析了不同流量、不同粗糙元布置形式和不同粗糙元形态下明渠中非淹没刚性粗糙元前后水流流速结构和淹没刚性粗糙元后尾流结构,着重研究水流纵向流速u的纵向分布结构。【结果】①非淹没圆柱体试验,在不同流量、不同圆柱体排数下,流速u的流速分布相同;②淹没粗糙元在y方向使水流形成了1个3层的速度剖面,3层水流流速分布不同,不同淹没粗糙元形态对水流结构具有显著影响;③基于模型试验数据,对非淹没圆柱体试验数据采用非线性拟合的方法,分别得到了单根圆柱体上下游纵向流速分布的拟合式;④采用量纲分析得出,粗糙元在淹没条件下,其下游纵向流速u与水流特性、渠道特性及粗糙元特性有关。【结论】淹没条件下,粗糙元后水流流速纵向分布形成了1个3层的速度剖面;而非淹没条件下,粗糙元后水流流速纵向分布均呈现出"对勾"的形式。     

堤防溃口特征分析及水流特性研究评述

汛期洪水引起的堤防溃口严重威胁当地的农业,交通运输,生态环境及附近居民的生命财产安全,研究堤防溃口的发生机理和抢险堵复新技术,具有极其重要的理论意义和应用价值。结合国内外对堤防溃口的相关研究内容,评述了堤防的类型、堤防溃口的发生因素与发生过程以及堵口技术的研究现状和动向,提出了3点认识与建议:(1)堤坝溃口水力边界特征分析;(2)数值模拟与物理模拟的溃口水流特性研究;(3)堤防溃口水力特征研究的认识与建议。     

植被作用下明渠交汇水流特性数值模拟研究

水流交汇现象普遍存在于天然河网系统和水利工程中,其水流特性研究对河道治理、美化城市水环境等具有重要意义。利用Mike21FM模型对明渠交汇水流进行数值模拟,并采用水槽试验对该模型进行了验证,最后分析了明渠直角交汇水流在不同汇流比情况下及植被影响下的水流特性。结果表明,汇流比越大,交汇口上游水位越高,下游水位波动越大,主渠高流速区偏向交汇口对侧,低流速区位置到交汇口上游角的距离有所增加,同时分离区中心的流速减小。植被的存在使交汇口上游和下游水位均有抬升,且对分离区内的水位影响较大,同时,支渠流速偏转起始位置距交汇口距离较无植被时有所增加。     

湿地植物生长对水流特性影响的实验研究

针对云南滇池高原湖泊湿地植物生长种类,采用水槽实验,进行了三种流量、三种不同生长期植物的植物带前、中、后断面沿程流速和垂线流速分布的实验,通过水槽实验研究,分析了植物生长对水流结构影响机理。实验研究表明:①种植物时,植物带前各断面流速比无植物时都有一定的减小,植物对水流有明显的阻滞作用。植物带段过流流速沿程逐渐增加,在一定距离后达到最大值;同一流量条件下,随植物的生长,对水流的阻滞作用越明显,流速变化越大。植物大小一定时,流量越大,植物中流速达到最大值的距离越长。②植物段水流垂线流速分布与明渠恒定流垂线流速分布规律有所不同,植物底部流速比明渠恒定流要小,水面流速比明渠恒定流要大;植物带后水流流态恢复到明渠恒定流流态需要一定的距离。     

清水作用下全动床复式河槽河床演变特性

通过水槽试验,探讨了清水作用下由非均匀沙构筑而成的全动床复式河槽的演变特性,包括河床完全粗化后河道稳定宽度及滩岸侵蚀的沿程变化.复式河槽断面构筑而成后,实施倒灌,然后恢复地形,最后用全站仪施测初始河道地形,在试验结束后,相应断面再做精细床面形态测量.复式河槽流量由槽首的矩形堰量测,水位由自动水位仪量测.试验结果表明,随着泥沙淤积量的增大,主槽水深变浅;而河道水深变浅,又将会使床面泥沙起动的作用力减小,河道水深将变得更浅.清水作用下的全动床复式河槽达到稳定时,河道稳定宽度将沿程变化;河道完全粗化后,主槽宽度增大,滩岸侵蚀速率在空间上变化趋势表现为越往下游,滩岸侵蚀速度越小;在清水作用下,河道滩岸发生侵蚀,其侵蚀面积有沿程减小的趋势,这与流速沿程的变化相一致.     

平直管段不同宽度动边界环隙流场特性

为进一步探讨不同因素对动边界环隙流场水力特性的影响,采用试验和理论分析相结合的方法,对环隙宽度条件分别为25,20,15,10 mm的动边界环隙流场水力特性进行研究,试验采用筒装料管道水力输送管道车模型在管路系统平直段部分完成,流量条件为60 m3/h,管道车模型质量为750 g．研究结果表明:平直管段动边界环隙内部水流为紊流形态;环隙断面内各测点压力值随环隙宽度增大趋于集中,且同一断面内动边界管道车壁附近压力值较小,固定管道边壁处压力值较大;同一宽度条件下,轴向速度在车中断面内分布较车前、车后断面更为均匀,且呈现动边界附近速度值较大,固定边界附近值较小的环绕车体层状分布;环隙宽度为20 mm时,断面内轴向速度分布均匀性最好;各环隙宽度条件下,车身沿程各测试断面内周向速度均呈现不均匀分布．     

柳州市柳江河道景观工程对河道水流的影响研究

针对目前柳州市柳江河道上拟建景观对河道的影响,分别建立了柳州市柳江河道大范围河段和拟建景观工程局部范围曲线坐标系下的二维水流教学模型,并采用纯隐格式的混合有限分析法用来离散和求解该数学模型.建立的大范围的柳州市柳江河道二维数学模型计算成果一方面用来进行验证,另一方面为景观工程局部水流数学模型提供初始和边界条件.结果分析表明,与工程前相比,景观工程局部河道地形有挖有填,对局部水位和流态存在一定的影响;由于对工程区堤防外的房屋进行了拆迁,一定程度改善了所处位置河道左岸的过流条件.     

引水渠道口门泥沙淤积计算

引水渠是一种常见的河道分流形式，由于主河道与引水渠之间往往有一定的夹角，水流从分汊前主河道流入引水渠时必然在一定的范围内发生一定程度的弯曲，其结果是有利于较多较粗的泥沙分入引水渠，导致渠道口门产生较为严重的淤积现象，而渠道口门淤积问题是决定引水工程是否成败的主要因素之一，通过一维非恒定流水沙沙数学模型，研究了不同水沙条件下引江济汉工程引水渠道口门泥沙淤积厚度变化规律，并分析了糙率对口门淤积厚度的影响情况，模型的计算结果与水流运动规律相吻合，可以为渠道引水防沙设计提供技术支持。     

立式轴流泵进水流场PIV测量

采用3D-PIV激光流速仪对立式轴流泵喇叭管和进水池内部流动进行了测量,2个典型流量工况下的测量结果表明:设计流量(Q0)工况时,叶轮进口断面流速场呈对称分布,断面轴向流速均匀度达到0.87,无旋涡发生,喇叭管内及泵叶轮进口水流流态良好;大流量(1.2Q0)工况时,叶轮进口断面流速场呈非对称分布,断面轴向流速均匀度仅0.70,流道及喇叭管内有较强的旋涡产生,并进入叶轮诱发振动。分析了旋涡核心区的细部流动结构,导出了旋涡的数字形态,揭示了涡核内水流圆周分速度的分布规律,涡核中心的流速接近为零,圆周分速随涡核半径增加而增大,在半径3~5 mm范围内速度梯度最大,旋涡的强迫涡特征十分明显。提出了基于流量的单元面积加权流速均匀度及相应的计算公式,使过流断面流速均匀度的计算结果更为合理、更加符合实际。     

黄河浪店泵站取水防沙水工模型试验

在动床模型试验中,根据黄河浪店水源工程引水闸前设计高水位347.70 m及低水位347.34 m,相应斜坡沟流量为821 m3/s及337 m3/s,对可能出现的各种含沙量条件下运行时闸前后的水流流态、流速分布、含沙量及粒径的分布以及闸前后的河床冲淤变化、拦沙设施的拦沙效果等进行了试验观测,并对浪店泵站取水防沙水工模型试验所测资料进行整理分析。结果表明:在一定水位条件下、水流含沙量不高时可以冲刷形成汊道,为不同时期水泵成功取水进行灌溉提供正确的操作方法。