明渠岸边侧向45o取水口的水力特性试验研究

利用单点三维流速测量仪(ADV)对顺直明渠岸边侧向45°取水口的近区水域进行了三维流速测量。以分流流速比η为主要参数,分析了取水口近区水域的水力特性,包括取水分流宽度、分槽回流特性及口门断面紊动特性等。将本文的部分试验结果与90°取水口的结果进行了对比,结果表明45°取水口附近的水流更加平顺,口门断面处的流速分布更加均匀,分槽内净进流宽度更大。     

分流对弯道水流水力特性的影响

采用平底有机玻璃水槽进行概化模型试验,分析了弯道及取水口附近三维水力特性,对弯道自由水面形态、纵向流速分布、横向环流强度的变化规律进行了研究,同时重点分析了设置取水口后,分流对弯道水流流态的影响,结果表明：分流使弯道水流水面形态发生改变,最终导致弯道断面出现横向环流,弯道取水口口门下游段凸岸侧存在明显的回流区;在取水口上游河段,主流线在弯道中轴线附近摆动,并逐渐向取水口中轴线靠拢,纵向流速总体变化为表层最大、底层最小。     

弯道凹岸横向取水口水力特性的试验研究

文章介绍了三维声学多普勒流速仪(ADV)对不同分流比工况下弯道凹岸横向取水口水力特性进行的试验研究,并通过分析比较总结了各种工况下取水口口门断面分水宽度、流速流场分布、紊动强度和紊动动能等特性的变化规律.     

矩形断面明渠流速分布的研究及应用

通过对矩形断面明渠流速分布的理论分析与试验研究，建立了明渠沿垂线流速的分布公式和沿横向流速的乘幂函数分布公式以及相关系数的确定方法。经不同水槽、渠道流速资料的验证，表明提出的明渠流速分布律与实际分布特点一致，测点流速相对误差比较小，可以很好满足明渠流量测量的精度要求。在此基础上提出了对明渠渠道进行流速、流量连续测量的计算方法，对简化明渠测流工作量、提高明渠测流精度具有实际应用价值。     

分汊河道分流比对河道水流流态影响分析

结合曹继文关于明渠岸边横向取水的水槽试验成果,应用RNG紊流模型,采用两种自由表面处理方法即刚盖假定和VOF法,对分汉河道不同分流比工况下的水流运动进行三维数值模拟。通过数值模拟计算,得出不同表面处理方法下分汉河道不同分流比工况下的流速分布、水流特性等结果,分流比对分流宽度影响较为明显。     

明渠岸边侧向取水的/ 取水角效应0研究

从理论分析、水槽试验和数值模拟计算等多方面、多角度，对明渠岸边侧向取水的“取水角效应”进行了定量研究。“取水角效应”指取水角度的改变对取水门附近水流结构的影响。研究结果表明，取水角度的大小对取水口近区水域的水流结构影响非常显著。在30°～90°的范围内，取水角度越小，口门断面处的流速分布越均匀，口门上游主槽内的相对分流宽度越小，分槽断面内的净进流宽度越大，取水近区的流线越为平顺，取水口的取水防沙条件越好。     

分流对弯道水流水力特性影响的试验研究

采用先进的三雏声学多普勒流速仅(ADV)对不同分流比工况下穹道水流水力特性进行了试验研究.通过分析比较总结了各种工况下弯道干水槽水流水面形态、流速场分布和表底层水体分流宽度等特性的变化规律.     

矩形明渠流速分布律及流量自动化测量方法

分析明渠水槽试验结果,建立了矩形断面明渠流速沿垂线分布的抛物线公式和流速横向分布的乘幂函数公式,拟合分析给出了流速分布系数的确定方法.根据提出的明渠流速分布律,给出了确定明渠流量的简易方法,计算相对误差较小,满足明渠流量计算的精度要求.并在此基础上设计了实用流量自动化测量系统.     

明渠断面流速分布的信息熵理论分析

本文介绍了应用信息熵理论研究明渠水力学问题的新概念，借助最大熵原理导得了非宽浅明渠断面流速分布的计算公式及其有关参数，计算结果与试验水槽中毕托管激光测速资料及现场测速资料吻合较好。     

明渠含沙水流的垂线流速分布特性研究

 为了进一步研究明渠中含沙水流的垂线流速分布规律,在水槽系统中对明渠恒定均匀含沙水流进行了系列试验,利用实测流速资料,计算分析了时均流速的垂线分布。结果表明：在宽深比比较小的明渠中对最大流速点修正的对数公式可以很好地符合实测数据;水槽中心位置的卡门常数要比其边壁附近的小;卡门常数随着含沙量的增加而减小。通过对明渠含沙水流垂线流速分布特性的研究,增强了对明渠含沙水流垂线流速分布规律的认识。     

水库水温分层对浮式取水口前流速分布的影响

由于目前缺乏对浮式取水口前流场变化规律的研究,以分析水库水温分层对取水口前各断面流速分布影响为目标,依据某水库水温资料,采用k-ε紊流模型对浮式取水口前流场进行三维数值模拟,针对水库水温均一和水温分层的两种情况,研究取水口前流速分布,分析水库水温分层对取水口前各断面流速分布的影响。研究结果表明,在浮式取水口附近,水温均一和水温分层的流速分布存在着差异,这种差距随着取水流量和淹没深度的增大而减小。研究成果可为浮式管型取水设施的应用和运行提供技术支持,为取水水温预测提供理论依据。     

入汇角为30°时交汇区水流结构试验研究

 通过水槽试验，应用声速多普勒测速仪（ADV），研究了入汇角为30°时，支流斜接主流交汇区及其附近的三维水流结构，获得了不同主支汇流比下的三维流场及其脉动特性。试验表明：在交汇区三维流场中，产生了回流分离区，其中并伴随环流结构，大大改变了单一明渠中的流速分布及脉动特性。在入汇口下游主流右侧（入汇口一侧）水流脉动强度在z/h＝0.2处易出现极大值，其形成机理还有待验证。     

河道漫滩及湿地上淹没柔性植物水流的紊流特性

植物在河流生态的修复中起重要作用,因此对含植物明渠水流的紊流机理的研究显得非常重要。将河漫滩及湿地中含淹没柔性植物的水流视为充分发展了的紊流,在实验室中用特定材料模拟柔性植物,通过水槽试验用三维ADV对淹没柔性植物段紊流特性进行了测量研究,对试验结果计算分析表明含淹没柔性植物的垂向流速分布不再符合指数分布;其紊流具有明显的各向异性特性;植物冠层交界处,水流紊动交换强烈,该处紊流强度及雷诺应力出现最大值。     

不同坡降影响下弯道式引水渠首水流三维数值模拟研究

采用基于VOF法的RNGkε-紊流模型,对不同横向坡降下的弯道式引水渠首水流进行三维数值模拟,分析了弯道段渠底坡降对水流速度场的影响。计算结果表明:存在一定横向坡降的弯道较平坡相比,在凹岸处增加了一个与主环流同向的小环流,且其纵向主流速最大值向凹岸偏移程度大于平坡。由此得出,存在一定横向坡降时的弯道式引水渠首的水流流速结构更有利于引水渠首引水排沙的需求,能更好的满足实际工程需要。     

3-D simulation of transient flow patterns in a corridor-shaped air-cushion surge chamber based on computational fluid dynamics

The 3-D characteristics of the water-air flow patterns in a corridor-shaped air-cushion surge chamber during hydraulic transients need to be considered in the shape optimization. To verify the reliability of the water-air two-phase model, namely, the volume of fluid model, the process of charging water into a closed air chamber is successfully simulated. Using the model, the 3-D flow characteristics under the load rejection and acceptance conditions within the air-cushion surge chamber of a specific hydropower station are studied. The free surface waves, the flow patterns, and the pressure changes during the surge wave process are analyzed in detail. The longitudinal flow of water in the long corridor-shaped surge chamber is similar to the open channel flow with respect to the wave propagation, reflection and superposition characteristics. The lumped parameters of the 3-D numerical simulation agree with the results of a 1-D calculation of hydraulic transients in the whole water conveying system, which validates the 3-D method. The 3-D flow structures obtained can be applied to the shape optimization of the chamber.     

三维粒子示踪测速技术的开发及初步应用

开发的单颗粒三维运动轨迹测量系统的硬件由四部摄像机、一台PC机和内置的图像卡组成。软件系统包括4路图像实时同步采集、图像二值化和聚合程序，坐标校正和转换，以及各统计参数的计算公式。系统标定的空间误差小于0.3mm，速度误差约为1.0mm/s。开发的颗粒三维运动测量系统在测量颗粒运动更长的轨迹、实现较高的采样频率和保证每个摄像机的高分辨率、只进行一次标定而进行各种水力坡度的试验及实现极大样本的采集等方面都取得了明显的进展，为研究颗粒运动的基本规律提供了新的方法。试验可以得出颗粒三维运动的瞬时速度，初步试验得出颗粒的纵向平均速度遵循对数分布，颗粒速度小于相应水流的运动速度。     

植被作用下的复式河槽漫滩水流紊动特性

分别选取塑料吸管、鸭毛和塑料大草模拟乔木、灌木和野草，通过水槽试验，探讨了不同滩地植物作用下的浸滩水流紊动特性。试验结果表明，纵向、横向和垂向三个方向的脉动流速基本满足正态分布；时均流速与采样时间的长短有关；横向动量交换比垂向动量交换大，横向动量基本上是主槽向滩地传递；不同的滩地植物对水流的紊动强度的影响不同。滩地种植植物后，水流的紊动强度增强。纵向和垂向的紊动强度相当，都服从S型分布。     

明渠岸边横向取水口的三维数值计算

本文是在明渠岸边横向取水口的试验研究基础上的配套数值模拟。采用雷诺平均的N—S方程，以各向异性的雷诺应力模型(RSM)封闭方程组，用SIMPLEC算法对压力—速度场求解。计算结果与试验实测结果吻合较好，反映了此项模拟的可信性，可籍以扩大、分析一些运动规律。数值计算结果启示了横向取水口水流的复杂三维流动特性，据之对取水口附近水流各区的划分、水流的分离和反向流动、螺旋流以及床面剪应力的分布等复杂水力和泥沙输移物理现象有了进一步认识。     

引水明渠二维水流数学模型的建立及应用

准确计算引水明渠内的水力学特征对于设计渠道断面型式及控制渠道泥沙淤积等具有重要意义。通过建立平面二维水流数学模型,对某引水渠道及其上游干流、下游库区区域的水流进行了数值模拟研究,分析了计算区域内的流态、流速分布和水位变化等水力参数。在此基础上对引水明渠渠底高程进行优化,对比了不同高程下渠道的水位和水流特征,成果可为明渠的优化设计及其防淤方案的制定提供科学依据。