石砭峪水库泄洪洞复合圆弧曲线弯管水力特性试验研究

石砭峪水为泄洪洞弯段布置为大底坡急流弯道，为调整其水流流态，进行了水工模型试验。根据隧洞已开挖的现状，又要较好的控制洞内水流流态，试验中曾对弯道体型进行了多次修改比较，其中复合圆复弧变道体型较好的控制了急流弯道水流流态。本文结合该工程试验研究，着重对复合圆弧弯道水流特性及其控制急流效果进行了阐述。并提出了急流弯道的初步选型方法。     

基于Flow-3D的陡坡弯道水流三维数值模拟

弯道急流有其独特的冲击波现象,流态极其复杂,为研究弯道对急流的影响和提出改善措施增添了困难。采用RNG k-ε双方程紊流模型和VOF法,以某工程溢洪道为依托,利用Flow-3D软件,对陡坡弯道段的急流进行了三维数值模拟,通过物理模型试验数据的验证,显示数值模拟结果的正确性。通过计算结果,分析了陡坡弯道对急流流态的影响,提出了导流墙法的弯道急流优化方案,通过物理模型进一步证明,采用导流墙法可有效改善急流弯道水流流态,表明借助Flow-3D软件对弯道水流进行三维数值模拟是可行的。     

急流弯道中布设消力池的一个实例

在泄水工程布置时，急流弯道往往难以避免，而弯道中水流的流态是十分复杂的，其处理措施一般需要通过水工模型试验来论证。浍河水库溢洪道建于土基上，沿程有三个弯道、三个跌水，通过弯道超高法等四种方案的比较试验，采用三级消力池过渡，第三级消力池正好在急流弯道中，为调整水流在消力池末尾坎上设置延长至陡坡段的两个多曲线导流墩，强迫水流转弯、导向，这样处理使水流转弯以后，陡坡段及陡坡末端消力池内流态稳定。消能充分。急流弯道中所设消力池为不规则形，地宽４０ｍ，中线长３３ｍ，弯道转角４３°。曲率半径３６ｍ，多曲线导流墩共两个，高度为６ｍ，长１７ｍ，其布置的具体位置等均依试验而定。（朱宗蓉）     

大底坡复合圆弧曲线急流弯道水力特性试验研究

西安市黑河引水一期工程－石砭峪水库泄洪洞弯段布置为大底坡急流弯道，为调整其体形和水流流态，进行了水工模型。根据隧洞已开挖成洞的现状，又要较好地控制道段水流态的要求，试验中道对不同弯道体形进行了多次比较和修改，其中复合圆弧曲线弯道体形较好地控制了急流大弯道大流流态。     

一种改善溢洪道陡槽弯道水流流态的措施研究

水库溢洪道受其地形、地质条件限制,在陡槽段不得不设置弯道。针对云南省某水库溢洪道,通过水工模型试验研究,水流通过陡槽弯道后产生了不对称冲击波,水流分布极不均匀,水流流态紊乱,下游消能能力严重不足。为解决这些问题,经反复试验,最终在陡槽弯道段底部垂直布置了四道斜槛。采用这种工程措施,起到了消减急流冲击波,改善陡槽弯道水流流态,提高下游消能能力的良好效果,可为同类工程提供一定参考。     

多弯道溢洪道水力特性研究

溢洪道是水利枢纽中一种重要的泄水建筑物。在工程设计中,常因地质、地形等条件的限制,而把平面布置设计成单弯道、双弯道甚至多弯道的形式。由于惯性离心力和大坡降的共同作用,常会产生弯道急流冲击波,水流水力特性极为复杂。针对多弯道溢洪道的水力水流特性,结合龙屯水库溢洪道的工程实践进行了水工模型试验,得到了不同工况下的溢流堰泄流量、水面线、断面流速、消能率及沿程压力分布,并对溢洪道水流流态存在的问题进行了分析。     

基于正交设计的黄池沟退水道弯道体型优化的数值模拟分析

为探求黄池沟退水道弯道的合理体型,采用正交设计与数值模拟相结合的方法研究了体型参数对弯道水流的影响。选取弯道宽度、弯道曲率半径、纵向坡度3个主要影响参数按正交试验设计,确定了9组正交试验方案,利用经水工模型试验结果验证的数学模型对正交试验方案进行模拟,分析了体型参数对弯道及下游陡坡段横向水位差的影响。结果表明,3个体型参数影响作用由大到小依次为纵向坡度、弯道宽度和弯道曲率半径;坡度为显著影响因素,且平坡最佳,弯道曲率半径和弯道宽度影响不显著,据此推荐合理体型参数为坡度取0,弯道宽度和弯道曲率半径采用原设计值。     

陡坡弯道水流条件改善数值模拟研究

小南海溢洪道下游弯道坡降陡达1：5．551,下泄水流流速超过14m／s,由于该陡坡弯道内水陡流急,同时受弯道离心力的影响,下泄水流流态紊乱,形成明显的急流冲击波,各级流量下水体集中于弯道凹岸,校核洪水最大横向超高达5．24m,不能满足设计要求。通过研究,采用斜槛法为主,辅以斜底法优化后,陡坡弯道内的急流冲击波基本消除,横向水面超高也明显降低,可以满足设计要求,为实际工程所应用。     

连续急流弯道水流泥沙的数值模拟

建立了具有连续急流弯道河流平面水流、泥沙数学模型 ,并采用有限差分法对方程进行离散求解。运用该模型对山西省阳泉市桃河治理河段的水流泥沙情况进行计算 ,得到的数值模拟结果与模型试验结果基本相符 ,表明该模型在工程上具有一定的实用价值     

斜槛法在消减弯道急流冲击波中的应用

泄水建筑物在陡槽段由于地形、地质条件等因素限制常设置有弯道，当水流通过时不可避免将产生急流冲击波，对工程安全运行极其不利，为此，实际工程须采取相应措施对之加以处理。本文围绕克纳普所提的斜槛法，结合桑株河水库、平定河水库、凤凰水库等工程实践，对斜槛设计及布置进行了归纳总结。实践表明：斜槛法的合理应用对消减弯道急流冲击波能起到显著效果。     

NUMERICAL SIMULATION OF TWO-DIMENSIONAL DAM-BREAK FLOWS IN CURVED CHANNELS

Two-dimensional transient dam-break flows in a river with bends were theoretically studied. The river was modeled as a curved channel with a constant width and a flat bottom. The water was assumed to be an incompressible and homogeneous fluid. A channel-fitted orthogonal curvilinear coordinate system was established and the corresponding two-dimensional shallow-water equations were derived for this system. The governing equations with well-posed initial and boundary conditions were numerically solved in a rectangular domain by use of the Godunov-type finite-difference scheme, which can capture the hydraulic jump of dam-break flows. The comparison between the obtained numerical results and the experimental data of Miller and Chaudry in a semicircle channel shows the validity of the present numerical scheme. The mathematical model and the numerical method were applied to the dam-break flows in channels with various curvatures. Based on the numerical results, the influence of river curvatures on the dam-break flows was analyzed in details.     

THREE-DIMENSIONAL NUMERICAL MODELING OF SECONDARY FLOWS IN A WIDE CURVED CHANNEL

Most natural rivers are curved channels, where the turbulent flows have a complex helical pattern, as has been extensively studied both numerically and experimentally. The helical flow structure in curved channels has an important bearing on sediment transport, riverbed evolution, and pollutant transport study. In this article, different turbulence closure schemes i.e., the mixing-length model and the k – ? model with different pressure solution techniques i. e., hydrostatic assumptions and dynamic pressure treatments are applied to study the helical secondary flows in an experiment curved channel. The agreements of vertically-averaged velocities between the simulated results obtained by using different turbulence models with different pressure solution techniques and the measured data are satisfactory. Their discrepancies with respect to surface elevations, superelevations and secondary flow patterns are discussed.     

THREE-DIMENSIONAL NUMERICAL MODELLING OF SUBMERGED DIKE ALIGNMENT IN CURVED ESTUARINE CHANNEL

1.INTRODUCTIONSubmerged dikes are frequently built in curveriver and estuarine channels to i mprove navigational conditions and/or to protect banks.Manefforts have been made to study flow characteristics around a dike in a straight channel experi mentally and numerically(Rajaratnamet al.1983;Liet al.1994;Mayerle et al.1995;Tominaga et al1997;Peng et al.1997).However,few studiehave investigated overall flowpatterns around submerged dikes in curved estuarine channels.Although many researc…     

闸墩绕流影响因素及其作用规律分析

为探究某水利工程渡槽附近不平稳水面的形成原因并为制定消除措施提供参考,使用COMSOL Multiphysics软件对高雷诺数( Re =5×106)条件下,不同宽度的顺直流道、收缩渐变段和弯曲流道下游的圆柱绕流和不同形态的闸墩绕流进行了数值模拟研究,分析了流道布局和闸墩形状尺寸等因素对绕流流场和结构受力特性的影响。圆柱绕流分析结果表明:在计算参数范围内,随着顺直流道宽度的减小,圆柱的升阻力系数均逐渐增大;流道渐变段的截面收缩对圆柱绕流产生的影响不大;流道弯曲导致的来流偏流系数越大,圆柱受力的非对称性越明显,升阻力系数均值越大。闸墩绕流计算结果表明:无墩尾闸墩的绕流流场和受力特性与圆柱绕流类似,随着墩身长度增加,闸墩的平均阻力系数减小;带墩尾的闸墩呈流线型,其升阻力系数与尺寸相当的圆柱和无墩尾闸墩相比均显著减小;给闸墩设置合适的墩尾是解决闸墩绕流脱涡的有效措施。     

闸坝型水库新型泄洪调度方法研究

传统的泄洪调度试验,通常针对单个流量级进行闸门调度优化研究,而没有考虑闸门开启或关闭的连续性。在实际洪水调度过程中,可能存在闸门升降反复运行,管理较复杂。以汉江孤山航电枢纽泄洪调度试验研究成果为依托,在模型试验中,需要在不同的流量之间反复调整闸门的开启组合方式,确保小流量已经开启的闸孔,大流量要继续开启,不够再开别的闸孔,且出闸底缘水流尽量为自由出流,避免淹没闸门底缘,以减轻水流波动引起的闸门振动,另外冲坑深度等指标也需要满足要求,提出了流量由小到大或由大到小闸门单向性连续开启或关闭的新型调度方式。该方法具有闸门操作简单、运行安全的特点。     

弯槽段冰塞形成临界条件的试验研究

冬季北方河流经常出现冰塞现象,而弯道处易于卡封是普遍认识,但对其形成机理的认识尚有待探索。借助于实验室的试验水槽,通过改变水流条件和冰流量条件,研究了S型弯槽和直槽冰塞形成条件,并进行对比分析,试验表明:弯槽段冰塞形成的临界Fr值大于直槽临界Fr值,即在相同水深的条件下,更大的流速时弯槽段也能形成冰塞;弯槽段能形成冰塞的Fr值范围大于直槽,故弯槽段更易形成冰塞;平衡冰塞厚度大致随着初始流速的增大而减小,随着初始水深的增大而增大,随着冰流量的增加而增加。     

高淹没度下平底宽顶堰流量计算问题探讨

对高淹没度平底宽顶堰流量计算存在的问题进行研究,说明现有的2个基本计算公式之间存在较大的计算误差,通过分析大量的实测资料和试验资料,提出高淹没度下的淹没系数计算公式,并将计算值与实测资料进行比较,得出该公式计算的流量平均计算精度比现有的2个基本计算公式计算精度提高了8%~13%的结论。     

子格（SGS）模型在内流湍流中的大涡模拟

本文将子格模型应用于大涡模拟，对直方管，弯方管和弯曲槽道内充分展湍流，进行了数值模拟，并将所得的结果与实验数据作比较，计算表明，应用于子格模型的大涡模拟可以用来模拟比较复杂的内流，研究湍流运动的结构，检验湍流模型。     

明渠交汇口三维水力特性试验研究

支流汇入主流后，在交汇口下游附近形成复杂的流动现象，对于确定渠道有效过流断面、泥沙及含有物质输移及淤积、渠底及边壁冲刷等产生重要影响。本文目的在于采用试验手段探索干支渠交汇口的三维流动结构。在一个矩形断面且等宽、45°交汇的半封闭自循环水槽中，应用五孔毕托球对明渠交汇口三维流动特性进行了试验研究。试验结果表明，对于给定交汇口形状及尺寸，分离区形状基本保持不变，尺寸随主支渠流量比变化并具有较好的相关关系；在和主渠轴线正交的横断面上交汇水流存在横向分速，水面附近横向分速指向交汇口对侧固壁，临底附近横向分速指向交汇口一侧。对于流量比较大的汇流流动，断面环流是交汇口水流三维流动的一个重要特征。     

梯形类渠道水力最佳断面统一公式的推求

文中导出了梯形类渠道(包括梯形渠道、弧形底梯形渠道、弧形坡脚梯形渠道)的水力最佳断面统一计算公式。