弱混合条件下支流入汇口水力特性数值模拟

库区河道中支流来流较小时，水体和污染物受到干流的阻碍作用滞留在支流入汇口，严重时易在支流暴发水华。采用数值模拟结合水槽实验的方法，研究了弱混合条件下支流入汇口的水力特性。采用RNG k-ε紊流模型封闭水流控制方程，建立了明渠交汇水流三维数值仿真模型，模拟所得垂向流速分布及流场矢量图等结果与水槽试验数据吻合程度较高。基于4种汇流比和3种交汇角工况的数值模拟结果，提出了弱混合条件下支流入汇口水流结构分区，分析了不同交汇条件对入汇口关键水力特性的影响。研究发现：弱混合条件下支流入汇口右岸产生回流形成回水区，左岸水体受到挤压形成加速区，回流流速峰值出现在近右岸壁面处；不同交汇角条件下回水区长度大小为：150°>30°>90°，回水区长度随着汇流比增加而逐渐减小直至回水区消失；回水区最大宽度处距交汇区距离与汇流比成反比；入汇口紊动能峰值区域面积和峰值大小与汇流比成反比，与交汇角成正比，交汇角对紊动能的影响较汇流比更大。     

台阶式溢洪道消能规律

为探讨台阶式溢洪道消能特性及水流的紊乱特性规律,将台阶式溢洪道与对应光滑溢洪道对比研究,通过试验数据计算出台阶式溢洪道消能率、阶顶断面弗劳德数,试算求出对应光滑溢洪道水力参数,用台阶式溢洪道消能率减去对应光滑溢洪道消能率得到相对消能率,光滑溢洪道断面弗劳德数减去对应台阶式溢洪道阶顶断面弗劳德数得到相对弗劳德数.两水力参数反映了台阶式溢洪道相对光滑溢洪道对消杀能量大小及水流紊乱剧烈程度.通过对26.57°,32.01°,33.69°,38.66°,51.3°这5组不同坡度,1.43~6.67 cm台阶高度的21组模型试验研究,探讨了相对消能率和相对弗劳德数之间关系,结果表明相对弗劳德数和相对消能率沿程呈线性关系,相关系数为0.993 7~0.999 5.且相同相对弗劳德数,单宽流量大对应相对消能率也大;台阶高度变化对直线关系影响很小;坡度对直线关系影响复杂,较小坡度同一单宽流量,坡度越大相对消能率越小,坡度较大时同一单宽流量,坡度大对应相对消能率大.相对消能率和相对弗劳德数的直线规律体现出台阶式溢洪道独特的水力特性,为探究其消能机理提供了重要依据.     

汇流角对双向流道灌水器水力性能影响模拟研究

为探明双向流道汇流角对灌水器水力性能的影响,采用数值模拟分析方法,研究6组汇流角度下双向流道灌水器水力性能及抗堵性能变化规律。结果表明：随着双向流道汇流角的增大,灌水器流量系数及流态指数均逐渐增大,当汇流角为45°、60°、90°、105°时,灌水器流态指数约为0.5,当汇流角为135°、165°时,灌水器流态指数大于0.7;灌水器双向流道存在主流区与旋涡区,随着汇流角的增大,流道内低速旋涡区范围明显减小,水流对冲消能作用减弱;流道内固体颗粒运动轨迹随流道结构变化明显。在汇流角小于90°时,颗粒更易进入旋涡区做涡团运动,且主要出现在靠近流道进水口的流道单元,灌水器发生流道堵塞的概率很大。水流汇流角度大于90°时,水流携沙能力增强,颗粒在流道内停留时间减小,流道抗堵能力增强。双向流道灌水器在汇流角为105°时,具有相对优异的水力性能和抗堵性能,灌水器流道设计时可优先考虑。     

河道型水库干支流交汇段水力特性数值分析

以典型河道型水库库区主流与支流交汇段几何尺寸与来流条件为参照,建立了三维概化数学模型并开展多情景数值分析,以揭示不同交汇角对干支流交汇段关键水力特性变化的影响.重点研究了交汇角α分别为30°,60°,90°,120°,150°的5种工况,计算结果表明:在不同交汇角条件下均存在紊动能高值集中区域,且紊动能与交汇角大小存在正相关关系,即随着交汇角增大,紊动能峰值区域的面积及峰值大小显著增大;不同交汇角条件下床面切应力最大值均由交汇口向支流上游沿程递减,而当α<90°时断面流速变异系数沿程先增大后减小,当α≥90°时断面流速变异系数沿程减小;另外,当α<90°时,床面切应力和断面流速变异系数与交汇角大小存在负相关关系,而当α≥90°时,这2个特性指标随着交汇角增大而递增.     

汇流口水流水力特性研究综述

综述了60多年来对汇流口水流的研究成果，提出汇流口分为“Y”型汇流口与“非对称型”汇流口两类。汇流口水流存在水流停滞区、流速偏向区、分离区、流速加速区、混合层区等。影响汇流口的主要控制因素有：汇流比、汇流角、河床高差、宽深比、汇流口下游干流弗劳德数等。尽管对汇流口水流的研究已经获得了丰硕的成果，但依然存在不少的问题：1、对“Y”型汇流口研究较少；2、汇流口水面形态的研究存在争论；3、有无螺旋流及螺旋流形式存在争议；4、实验室研究成果与野外实测成果存在差异。     

生态袋与河道岸坡土体界面摩擦特性室内试验研究

为了确定生态袋与河道岸坡土界面的摩擦特性,以用于河道岸坡治理的生态袋为试验材料,开展了生态袋与河道岸坡土界面的室内直剪摩擦试验,分析了土干密度、含水率对袋土界面摩擦特性的影响.试验结果表明:土与生态袋材的界面抗剪强度随着含水率的增加而降低,随着土干密度的增加而增大.同时,生态袋与岸坡土的界面摩擦系数随含水率的增加而减小...     

浮筒式升降闸门水力性能数值模拟

为了探讨浮筒式升降闸门量水机理,理论分析了浮筒式升降闸门水力特性及流量计算表达式。实测流量与计算流量对比表明,浮筒式升降闸门流量公式测流精度较高且形式简单,适合末级渠道的量水。同时,采用数值分析对不同流量、不同闸门开度条件下的过闸水流流场进行模拟,讨论浮筒式升降闸门测流过程中渠道内的水面线情况、各控制断面的流速分布、闸前弗劳德数Fr以及闸门测流精度。结果表明:模拟流量、水深与实测流量、水深吻合较好;试验及数值模拟得到的闸门前弗劳德数Fr均小于0.5,满足测流要求。     

弧底梯形渠道无喉道量水槽水力性能影响因素研究

为了研究不同因素对弧底梯形渠道无喉道量水槽水力性能的影响,基于Fluent6.3大型流体计算软件,采用RNGk-ε湍流模型和VOF方法相耦合,对弧底梯形渠道无喉道量水槽进行了三维数值模拟,并将模拟流量与渠道流量进行对比分析,结果表明二者吻合度较好,该数值模拟方法有效可靠。在确定模拟准确性的前提下,分析了该量水设施在不同喉口收缩比和底坡下的水位流量关系,上游断面弗劳德数,壅水高度,水头损失等水力特性,为量水槽的进一步研究及其优化推广提供了新思路。     

含沙量对坡面流水动力学特性的影响研究

基于系列室内水槽冲刷试验,定量研究了在9°坡度、不同流量条件下含沙量对坡面流水动力学参数的影响。结果表明:随含沙量增加,水流雷诺数Re减小,水流紊动强度减弱。弗劳德数、水流流速及流速修正系数α随含沙量增加先呈减小趋势,当含沙量S>300 kg/m3时,各值均突然增大,并随含沙量的进一步增加趋于稳定,表明此时水流型态发生变化,α均值为0.554。含沙水流和清水水流能量损失比较标准不同,得到的结论也不相同。当S<300 kg/m3时,以相同Re或相同单宽流量作为比较标准,含沙水流阻力系数均大于清水对应值;当S>300 kg/m3时,以相同的Re作为比较标准,则含沙水流阻力系数小于清水对应值,以相同的单宽流量作为比较标准,则含沙水流阻力系数大于清水对应值。     

护岸糙率对梯形河道行洪能力的影响研究

采用仿真草皮和三棱柱砖块模拟生态护岸,通过水槽试验研究了变流量和变底坡工况下梯形河道中护岸糙率的变化规律。通过数值模拟的方法,研究了非均匀流及不同宽深比情况下护岸糙率对河道水面线的影响。结果表明:河道综合糙率随水深的增加而增大,符合对数分布规律,改变流量或底坡对护岸糙率值影响不大;均匀流与非均匀条件下,河道水深均随着护岸糙率的增大而增加;非均匀流条件下,沿程综合糙率与沿程水深呈正相关;护岸糙率较大范围的变化,对宽深比较小的河道水深有较大影响,而对宽浅河道的行洪能力影响不大。     

断面形态对支流分流比的影响研究

明渠侧向取水受取水口门形态的约束,水流流态紊乱,对支渠引水影响很大。对此采用Mike21数值模拟手段模拟3种边坡系数分别为0、1、2的断面在流量1~10 L/s下的水流运动,分析分流口门处的流态,研究各参数对分流比的影响。研究结果表明:相同边坡系数,随着上游来流流量的增加,回流区范围增大,有效宽度减小,收缩系数减小,分流比减小;相同流量,随着边坡系数的增大,支流内回流区范围变小,有效宽度增加,收缩系数增大,分流比增大;随着弗劳德数的增加,分流比逐渐减小,且边坡系数越大,变化越明显。最后获得了分流比与弗劳德数与收缩系数之间的关系式,相关度较好,并得到了验证。     

履带式甘蔗收割机坡道行驶稳定性分析与仿真

我国甘蔗种植区域主要在缓坡和丘陵地,为更好地开展履带式甘蔗收割机丘陵山地作业,需对履带式收割机的坡道行驶稳定性进行分析。以两履带与四履带式甘蔗收割机为研究对象,以极限倾翻角为评价指标,对两机纵、横坡倾翻稳定性进行理论分析。利用RecurDyn仿真软件对两机坡道行驶稳定性进行仿真。仿真结果显示：两履带式(输送臂水平旋转0°、+90°)、四履带式的纵上坡极限倾翻角仿真值分别为24.0°、31.0°、35.0°。两履带式(输送臂水平旋转0°、+90°)、四履带式的纵下坡极限倾翻角仿真值分别为36.0°、32.0°、27.0°。两履带式输送臂水平旋转+90°时纵上坡行驶稳定性比水平旋转0°时好,四履带式纵上坡行驶稳定性比两履带式好,纵下坡行驶稳定性则相反。两履带式(输送臂水平旋转-90°、0°、+90°)、四履带式的横坡极限倾翻角仿真值分别为21.0°、18.0°、12.0°、16.0°。两履带式输送臂水平旋转角度与横坡倾斜角度相反,行驶稳定性越好。四履带式横坡行驶稳定性比两履带式输送臂为+90°时好,比两履带输送臂为-90°、0°时差。研究结果表明：四履带式坡道行驶稳定性比两履带式好,更适应...     

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.     

底坡对U形渠道量水平板测流影响分析

[目的]量水平板具有构造简单、不易淤积等优点,虽已建立流量与平板偏转角、上下游水深及板型等因素的关系式,但底坡对量水平板水力特性的影响还缺乏系统研究,有必要深入分析,以提高量水平板测流公式的适用范围.[方法]以北方灌区常见U形渠道为试验水槽,选择断面最佳收缩比0.439的U形渠道量水平板为试验对象.通过设置3种水槽底坡...     

古浪县水库坝后洪水设计分析

古浪河河道生态环境脆弱,坡降较陡,遇较大暴雨后汇流快,形成洪水洪峰,流量来势凶猛.笔者针对古浪河洪水风险进行分析,同时对古浪县城区各段水库坝后设计洪水进行研究,以期为河道城乡防洪治理提供借鉴.     

泵站进水池自由表面漩涡研究

泵站进水池自由表面漩涡是影响泵站运行稳定性的重要因素,为准确判断泵站在实际运行中是否会产生吸气漩涡,研究了进水口淹没深度H/D以及淹没弗劳德数与泵站进水口吸气漩涡之间的关系,同时进行了泵站进口水工模型试验对漩涡判断标准进行验证,试验中选择增加流量来消除物模试验中的缩尺效应。结果表明,泵站进口漩涡试验与临界淹没深度以及淹没弗劳德数对泵站进口是否发生进气漩涡的判断是基本一致的,临界淹没深度以及淹没弗劳德数可作为泵站进口是否发生吸气漩涡的依据,但是泵站进口仍然发生了3~4型漩涡,宜考虑防止出现。该研究可为以后类似的工程提供借鉴。     

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。     

透水丁坝对不同曲率弯道内三维水流结构影响数值模拟研究

透水丁坝相较于传统丁坝,具有更加卓越的稳定性,安全性,可靠性,因此在绿色航道推广中得到重视,研究的目的在于对比不同曲率河道内三维水流结构变化,进而为不同曲率河道治理提供依据。研究采用数值模拟与实测相结合的方式,对3种湍流模型进行比选和验证,Standard k-ε,RNG k-ε,Realizable k-ε三种湍流模型內岸模拟流速和实测流速相关性系数均低于外岸,RNG k-ε湍流模型实测流速和模拟流速相关性系数最高,最终采用RNG k-ε模型对90°和180°弯道模拟,并对三维流线,流速,床面剪切,水面线分析。结果显示丁坝下游回流区涡轴线受垂向和径向速度梯度影响出现不同程度倾斜,水流撞击2号丁坝在丁坝之间产生两个相反方向的涡,这将对透水丁坝群结构稳定形成威胁但同时也会防止大量泥沙在透水丁坝之间淤积,保证透水丁坝在使用过程中不至于丧失透水性。河道曲率增大导致强剪切层向內岸迁移,180°弯道内出现两个强剪切层,这将导致河床向阶梯型演化,对于曲率大而且狭窄的山区河道在布置透水丁坝后要对內岸侵蚀效果评估,防止强剪切层迁移对內岸构成威胁。水面线呈现内低外高的现象,且在x/L=0.48～0.5的...     

干支流交汇河道治理工程可靠度评价

论文以伊洛河偃师城区段二期河道治理工程为案例,结合物理模型实验成果,采用MIKE21数值模拟方法对干支流交汇河道治理工程进行洪水过程模拟实验,分析治理工程修建对河道演变及岸坡安全的影响,并对工程进行可靠度评价.本文为干支流交汇河道的治理问题提供了研究经验.     

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。