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.     

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。     

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。     

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。     

竖缝位置对异侧竖缝式鱼道水力特性的数值模拟与分析

异侧竖缝式鱼道具有能较好适应水位变化、消能效果明显和水流流态较好等特点。根据设计准则，对研究区域内的鱼道进行体型设计，采用数值模拟的方法，探究竖缝位置变化对异侧式竖缝鱼道水力特性的影响。模拟结果表明：竖缝位置对异侧竖缝式鱼道池室最大流速几乎没有影响，对主流区最大流速沿程变化影响较小；随着竖缝中心逐渐向池室中央靠近，主流区沿程最大流速衰减率先逐渐变大后趋于饱和；主流区左上部分回流区大部分流速逐渐减小后又增大，右下部分回流区大部分流速逐渐增大，两侧回流区面积比值逐渐减小；竖缝位置距池室侧壁为池室宽度的0.13～0.50时，池室内紊动能最大值变化范围在0.074～0.116 m²/s²之间；竖缝位置距池室侧壁为池室宽度的0.23～0.40时，池室内水流流态最佳，能显著提高研究区域内的半洄游性鱼类的洄游效果。研究结果对相关鱼道工程的设计具有参考作用。     

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。     

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...     

非淹没丁坝附近的水流流态

以水槽试验为基础，对非淹没丁坝附近的水流现象进行了定性描述。采用三维声学多普勒流速仪对丁坝附近的水流特性进行了系统的试验研究，较为全面的分析了弯道内丁坝附近水流的三维时均流速和水面形态等，进一步表明绕丁坝近场流动的强三维非恒定性，为相关的工程实践提供理论依据。     

长江河势急剧变化区抛石护岸工程对水流条件影响

长江河势急剧变化区抛石护岸工程量巨大且动态特性突出,研究工程实施后河段水流条件的变化对评价工程实施效果以及分析河势变化影响具有重要意义.基于Delft3D软件建立河段三维水流数学模型研究了抛石护岸工程实施对附近河段水位、流速及分流比等的影响.结果表明:工程实施后,水位变幅总体在0.01 m以内,落憩时刻水位变化幅度略高...     

铅丝笼丁坝设计参数的变化对纵向垂线平均流速分布的影响

丁坝作用后,靠近丁坝侧流速减小,另一侧流速加大,坝后出现回流区。但不同设置参数的铅丝笼丁坝作用后丁坝附近的流速分布又有很大的差别。本文通过定床试验,选择不同的坝长,挑角和透水性的丁坝展开试验,对丁坝附近的纵向垂线流速分布进行详细的量测,分析后得出丁坝设置参数的变化对丁坝附近的流速场的影响规律。     

非正交曲线坐标系平面二维丁坝绕

将非正交曲线坐标系下的平面二维河道水流数学模型应用于丁坝绕流计算，克服了正交网格在对不规则边界进行局部模拟时存在的一些缺陷。几种丁坝布置方案下计算所得流速分布、局部流场、水面线变化结果与水槽试验结果吻合良好，表明模型具有较强的适应性和较高的精度，能应用于丁坝绕流计算。     

进口流场对虹吸式出水流道的性能影响

采用数值模拟方法,把轴流泵后导叶的出口流场作为虹吸式出水流道的进口流场,研究对其水力特性的影响。计算结果表明,导叶出口流速和压力分布不均匀,存在横向流速和剩余环量,使虹吸式出水流道水力特性变差,下降段和出口段的回流区增大,驼峰断面和出口断面轴向流速分布均匀度显著下降,水力损失增加。轴流泵后导叶出口流场影响虹吸式出水流道两侧的流量分配,右侧流量恒大于左侧流量,而右侧的水力损失却小于左侧的水力损失,但两者都比无旋、轴向进水条件下的流道水头损失大得多,流量和水头损失的关系并不符合二次抛物线变化规律。     

非潜没透水丁坝冲刷深度计算公式初探

通过水槽实验研究了非潜没透水丁坝冲刷深度与坝前壅水高度及透水强度之间的关系，得出非潜没透水丁坝冲刷深度减小的原因，并结合影响丁坝的各水力要素，采用量纲分析的方法，导出非潜没透水丁坝冲刷深度的计算公式。     

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。     

高水头鱼道整体布置及进口段优化试验研究

奋斗鱼道是黑龙江省穆棱河干流上游一座大型竖缝式鱼道,最大工作水头达32.43 m,且上下游水位变幅很大,采用多折回方式布置。通过水工模型试验对奋斗鱼道整体进行了试验研究,对不同水位条件下,鱼道内水流条件的变化进行了研究,经过对比发现,竖缝式鱼道内水深整体受出口水位影响较大,进口段受下游水位影响,电站尾水位变化时,可造成进口段水深变化较大,进而影响鱼道内水流流速,对鱼类上溯形成障碍。通过减缓进口段坡度,增加隔板等措施,可以使水深变化区段增长,从而避免流速的突然变化。     

非等温明渠交汇流的水力-水温特性研究

渠冰灾害是我国北方寒冷地区输水工程中常见运行安全问题。拟探究采用离线水库的底层温水来改善干渠水温，防止冰凌、冰塞等次生灾害产生的方法，对于提高调水工程冬季输水效率并保障工程冬季运行安全具有极其重要的工程意义。干支流交汇是天然河网和人工渠网的常见的水力现象，交汇处非等温掺混受其复杂的水力特性影响。本文以某大型调水工程与其沿线调蓄水库为研究对象，利用流体仿真软件Fluent建立了三维水动力学-热力学耦合输运模型，探究不同的掺混比、渠道交汇角时非等温库渠交汇的掺混规律及水库温水对干渠水温的提升效果。仿真结果表明：(1)交汇口下游水力-水温掺混存在明显的三维分布特征，下游出现明显的低速回流分离区及横断面二次环流区，断面平均水温在交汇口下游500 m后基本不变；(2)掺混比越大，水流紊动越剧烈，水温在横断面上扩散范围越大，水流掺混均匀后干渠温度提升值越大，最大为1.25℃；(3)交汇角越大，横断面环流越强，掺混均匀速率越快；不同交汇角工况水流掺混均匀后温度提升值不同，为保证水流掺混速率及水温提升效果建议选用渠道60°交汇角。研究成果可为调水工程冬季渠道水温主动调控及提高输水能力提供思路与数据支撑...     

城市取水泵站进水池进水流态的改善

在介绍城市取水泵站进水建筑物布置特点的基础上,结合上海市长江引水三期工程取水泵站水力模型试验,针对单台泵运行和多台泵组合运行等多种运行条件,对进水池表面流态和典型过流断面流速分布进行了量测;并据此分析了进水池产生主流居中,底坎附近和底坎前区域产生回流区,进水流道前产生由池壁流向中间机组的斜向流,以及在边机组进水流道进口处产生间歇性漩涡等不良流态的原因。提出了取消底坎,在进水池扩散段设置八字形导流墩和边机组进水流道前设置消涡板等改善不良进水流态的措施。试验结果表明:改善措施可以有效地改善进水池进水流态,提高水泵运行工作效率。     

不同突扩比下空间淹没水跃的水力计算

突扩能够使局部范围内水流紊动剧烈,可以作为水利工程中消能工的一种重要方式．为了探讨突扩比对下游流体水力特性的影响规律,基于RNG k-ε紊流模型和PISO压力-速度耦合算法,采用非均匀结构网格技术,建立了三维紊流数学模型,对突扩比分别为1000,0833,0.667,0500,0333等5种空间水跃进行了多工况数值模拟,结合试验数据,计算结果量纲一化,讨论了不同突扩比大小对下游水力性能的影响,并分析了下游流速、紊动能及消能率等随突扩比的变化规律．数值计算结果表明:突扩比对下游流速、紊动能及消能率影响显著,突扩比越小,下游流速变化越显著,主流在空间内扩散愈迅速,流态转变越明显;随着突扩比的减小,紊动应力愈小,紊动能量愈小,而消能率越大;突扩水跃较典型水跃消能效果明显增强,当突扩比小于0500时,消能率增大不再显著．     

山区公路桥涵消能防冲三维数值模拟

以k-ε湍流模型封闭Reynolds方程,采用VOF法追踪自由表面及SIMPLE算法求解方程组,对山区公路桥涵的常用消能方式及两种设计方式(波浪式、挑流式)进行了三维数值模拟.结果表明,常用式的消能率最小,底流速值最大,下游回流影响区域比较大;波浪式消能率大于常用式,但下游水流存在顶冲现象,形成了不规则、大区域的横轴漩流;挑流式消能率最大,底流速值最小,下游回流影响区域小于前两种消能方式,流速分布相对均匀,是桥涵比较合理的消能防冲方式.     

大型双向流道泵装置优化匹配与试验研究

研究了一种双向流道立式泵装置,综合考虑了进水流道出口流速分布均匀度和进水流道水力损失2个目标函数,应用CFD技术对双向进水流道喇叭口悬空高度进行了多方案的优化比选,当悬空高等于0.57D(D为水泵叶轮直径)时进水流道水力损失增加较小,且流道出口流速分布均匀度最好.通过对出水流道喇叭管出口高度的多方案计算比较,得到双向出水流道扩散喇叭管出口高度对流道水力性能的影响规律:当出水流道扩散喇叭管的高度较高时,流速较大,流道水力损失较大;随着扩散喇叭管高度的逐渐降低,出水流道水力损失逐渐减小;当喇叭管的高度降低到一定程度,水力扩散损失占据主导作用,随着喇叭管高度的进一步降低,其水力扩散损失越来越大;当喇叭管出口至流道顶板高度等于0.48D时,对应的出水喇叭管高度为最优.将优化匹配的双向进出水流道配置优选的水泵模型,进行泵装置模型试验,在低扬程3.26 m时,装置效率可达71.2%,可为同类型泵装置的优化设计提供参考.