基于转捩SST模型的钝尾缘水翼绕流数值计算与分析

边界层转捩是影响水翼绕流水动力学特性的关键因素之一。为了探究γ-Reθt转捩模型在低湍流度来流下水翼边界层转捩及尾涡脱落预测中的适用性,本文基于耦合γ-Reθt转捩模型和SST k-ω模型的转换SST模型,对0°攻角的NACA0009钝尾缘水翼绕流进行了数值计算。分析了转捩SST模型对网格尺度的敏感性,预测了边界层和尾迹区流场及不同雷诺数下水翼尾涡脱落特征,并与实验数据和SST k-ω模型计算结果进行了对比。结果表明:随近壁面第一层网格尺度y+的增大,水翼边界层转捩位置沿流向后移,最大y+值小于1时,预测的转捩位置趋于一致;与SST k-ω模型相比,转捩SST模型可以求解层流边界层,避免了在边界层和尾迹区对涡黏系数的过高预测,得到的边界层厚度和水翼尾迹区流动参数与实验结果更为接近;转捩SST模型可以较准确预测水翼尾涡脱落频率随雷诺数增大而增加的变化趋势,水翼尾涡脱落频率预测值与实验结果的最大相对误差为6.2%。     

低表面能涂层的减阻试验研究

平板表面上涂履一层低表面能疏水性的涂层，在循环式水筒中Ｕ≤９为／秋的低速下，可使平板的阻力下降１８－３０％左右。而高速时，涂层表面的粗糙度和涂层平板的形阻抵消了一部分或全部分由于低的涂层与水界面间的相互作用力而引起的摩阻下降。低表面能涂层的低表面能疏水性质，使平板的湍流边界层增厚和层流向湍流转捩点的后移，造成了平板阻力的降低。     

有压管道瞬变流摩阻的数值模拟

以特征线方法为基础建立了求解有压管道水流瞬变过程的主环模型，，编制了简单有奔放这道汉动瞬变过程的分析程序，数值计算中引入了非恒定摩阻项，将这个模型有用于非恒定层流计算，得到了比较合理的结果，能反映压力波形的畸变和近壁区的以向流动，证实了模型的可行性     

湖底地形对风生流场影响的数值研究

本文利用三维水动力学模型，对定常风条件下，几种典型湖底地形浅水湖泊的风生流场进行了数值模拟，比较了几种典型地形的风生流的垂向平均流场与各分层流场的差异。结果表明：在风场等外部条件相同的情况下，湖底地形将决定湖泊风生流场的基本形态和环流流速，碟形底和斜形底的湖泊所形成的垂向平均流场有明显差异。湖底地形的变化对稳定状态的湖泊次表层、中间层和次底层流场有较大影响，而对表层流场影响不大。湖中有无岛屿将形成截然不同的两种风生流场。     

湖底址形对风生流场影响的数值研究

本文利用三维水动力学模型，对定常风条件下，几种典型湖底地形浅水湖泊的风生流场进行了数值模拟，比较了几种典型地形的风生流的垂向平均流场与各分层流场的差异。结果表明：在风场等外部条件相同的情况下，湖底地形将决定湖泊风生流场的基本形态和环流流速，碟形底和斜形底的湖泊所形成的垂向平均流场有明显差异。湖底地形的变化对稳定状态的湖泊次表层、中间层和次底层流场有较大影响，而对表层流场影响不大。湖中有无岛屿将形成截然不同的两种风生流场。     

墩前角涡实验研究

本文通过流动显示研究了墩前角区流场的层流和湍流状态，并应用LDV对湍流状态下的角区流场进行了测量，得到了有关马蹄涡强度变化与流场参数的关系。     

长江口径潮相互作用下洪枯季余水位变化

余水位即潮周期内的平均水位，是河口径潮动力非线性作用的典型结果。为探究径流、潮汐及其相互作用对余水位的影响，对摩阻项进行分解，通过潮平均摩阻的各分量对余水位的变化展开研究。采用二维水动力数学模型，模拟得到长江口余水位时空变化特征；利用连续小波变换方法和摩阻计算公式，分析长江口潮平均摩阻的主要来源，建立线性回归模型，通过潮平均摩阻各分量的变化解释余水位的变化。研究结果表明：长江口余水位具有明显的洪枯季变化和大小潮变化特征，洪季余水位沿程增幅更大，大潮时余水位较小潮时更高；长江口潮平均摩阻以径流作用和径潮相互作用产生的摩阻为主，因径流量巨大，前者对潮平均摩阻的贡献始终更大；潮平均摩阻控制余水位，长江口余水位的变化由径流作用控制，在下游站点径潮相互作用的影响不可忽视。     

基于EIT摩阻模型与随机摩阻模型的水击随机分析

在以往水击随机分析中,摩阻按确定量考虑,其影响往往被忽略;而实际的水击过程中,摩阻为非恒定值,为一不确定量,文中研究非恒定摩阻对随机水击波动过程的影响.从水击的基本方程出发,分别建立了基于广义不可逆热力学理论的水击随机模型(EIT摩阻模型)与含有随机摩阻项的水击随机模型(随机摩阻模型),采用矩特征线法对水击过程进行数值模拟.算例表明,与采用恒定摩阻的水击随机分析比较,本文提出的两种随机模型在计算最大水击压力值的同时,可以模拟水击压力的波动过程,而且随机摩阻模型的数值计算更为简便.     

壁面绕流结构和紊流发生率的试验研究

本文采用流场显示照相法和激光流速仪研究紊流的近壁绕流结构.实验结果表明,紊流处于光滑区、过渡区和粗糙区完全在于紊流绕过糙率后是否发生分离和分离层的发展程度,从而明确了紊流的近壁绕流的实际结构. 本试验也研究了处于层流向紊流过渡状态下的明渠水流的紊动规律.实验资料表明,过渡状态下的水流的紊动具有明显的阵发性和随机性,并实际统计了不同雷诺数下的紊流发生率.     

冲泻区形态动力学耦合模型研究Ⅱ:模型建立与验证

利用已建立的分段输沙率公式和实验数据,基于一维非线性浅水方程和床面变形方程,考虑两类共6种输沙率公式,增加床面剪切应力和渗流源项,建立适用于冲泻区水沙动力特性的岸滩形态动力学耦合模型。采用典型算例对模型可靠性进行了数值验证,结果表明,耦合模型中采用TVD-WAF格式和分段输沙率公式在计算形态变化时取得了较好的数值精度。进一步模拟了冲泻区内岸滩形态的变化特征,计算得到的水深、岸线轨迹和岸滩剖面变化结果与实验结果吻合较好,并讨论了不同摩阻系数和有无渗流对岸滩形态的影响规律,结果表明冲泻区形态动力学模型不能忽略床面摩阻和渗流的影响,本研究提出的分段输沙率公式适应于冲泻区的泥沙输运研究。     

水平旋转内消能泄洪洞空腔环流内气体压强的变化规律

空腔环流内的气体压强与许多水动力学特性直接有关，是重要的水动力学的边界条件之一。在吸吮流流态下，当起旋器出口的水流傅汝德数较大时，空腔环流内负压的大小，主要与通气孔直径有关，但沿程的变化可视为常数；水平旋流洞起始断面的相对真空度与相对通气孔直径的关系为指数关系；下游水位对空腔内气体压强有明显的影响，在某一下游水位时空腔内的气体压强有最小值。根据气体压强、离心力压强和壁面压强之间的关系可知，离心力压强是造成壁面压强和壁面切应力沿程变化的主要因素；空腔环流内负压大小不同时，水平洞内水流能动量的转变规律是不同的。     

无压隧洞水力过渡过程数值模拟研究

水电站引水发电系统无压隧洞中的水力过渡过程是近年来电站设计中出现的一个新课题,特别是流域梯级电站开发中经常遇到.结合工程实例应用扩散法,给出了无压隧洞水力过渡过程数值模拟的基本方程以及上下游及弃水堰等边界附加方程,计算得出了无压隧洞内的水位变化过程.     

A SIMILARITY METHOD FOR LAMINAR WAKE OF POWER-LAW FLUID FLOW AROUND A FLAT PLATE

Based on the characteristic equation for power-law fluid and the Prandtl boundary layer equation, using the similarity method similar to that of Newtonian fluids, two similarity variables were given and a normal differential equation was derived for the laminar wake of power-law fluid flow produced by a flat plate. And numerical results were obtained. The results show that the power-law index n has evident influence on the velocity distribution in the wake. In the wake, velocity gradient is larger, and the wake is narrower for larger n .     

引滦入津隧洞糙率两次原型观测成果综述

简介1985年5月昆明水电设计研究院科研所与引滦入津隧洞管理处合作,对引滦入津输水隧洞的水力糙率进行第一次原型观测的情况.观测结果表明,该隧洞的平均综合糙率为0 0120～0 0123.着重介绍2000年3月进行第二次糙率原型观测的情况.观测结果表明:由于15年来管理者对隧洞底板进行了多次全面的维修,使底板部分的糙率有所减小;边墙因受进口明渠侧门洞口和隧洞内维修裂缝时在边墙表面遗留了若干"补疤"造成局部阻水的影响,糙率略有增大,但全洞的平均糙率仍然保持在0 0125水平.由此证实,对于现代的混凝土衬砌输水隧洞或明渠,设计采用糙率n=0 013是完全可行的.     

大尺寸水工隧洞衬砌物理模型试验系统研制与应用

根据水工隧洞衬砌受力特点,研制出一种新型的大尺寸水工隧洞衬砌模型试验系统。该系统主要由压力筒体、加载系统、测量系统、封水结构组成,其中压力筒体由厚22 mm的Q245R钢板制作,尺寸为Ø3000 mm×L4000 mm,外水压力试验时采用橡胶囊柔性加载方式或衬砌与压力筒体间高压水体直接加载方式,内水压力试验时在隧洞内腔直接采用高压水体加载,动力源由自主设计的伺服控制高压水泵与稳压筒体组成,测量系统由常规检测仪器组合实现,封水结构则由端头涂刷防水胶与双圈橡胶条实施。该模型试验系统在高外水压力、高内水压力作用下的水工隧洞衬砌试验结果表明,所研制的试验系统能满足水工隧洞多种不同边界模型试验要求。     

ABAQUS在输水隧洞衬砌结构计算中的应用

为研究输水隧洞在地震荷载作用下结构的受力变形规律,文章采用大型有限元软件ABAQUS,对输水隧洞在设计和地震两种工况下的应力及变形规律进行分析研究,得到以下结果:输水隧洞衬砌结构在两种工况下应力最大值均位于边墙与底板的交接位置,在交接处由于结构突变产生了应力集中,结构位移在底板的跨中位置最大,其次是顶拱位置,在边墙两侧呈对称分布;在地震荷载作用下,隧洞结构应力及变形情况均大于设计工况,在底板、边墙及拱顶交接处产生塑性变形并发生破坏,并向周围扩散,在设计中应在底板、边墙及拱顶交接处采取一定的措施来防止结构破坏。结果表明,有限元ABAQUS在隧洞衬砌结构计算中准确性高,设计成果符合工程实际情况。     

高土石坝心墙水力破坏机制研究进展

心墙是高土石坝防渗体系的关键部位,在高库水压力的作用下,心墙可能产生水力破坏从而造成过量渗漏乃至溃坝的严重后果。预防心墙水力破坏的关键在于揭示心墙中初始渗漏通道的产生机理和条件。水力劈裂曾被广泛认为是心墙中初始渗漏通道的产生原因,简要回顾了土石坝黏土心墙水力劈裂研究的进展,讨论了水力劈裂理论在解释土石坝黏土心墙水力破坏机制方面的不足。近年来,在心墙压实黏土的剪切渗流特性研究方面取得了新进展,发现严重超固结的压实黏土在剪切后会形成高渗透性剪切带的试验事实。在此基础上提出了高土石坝黏土心墙水力破坏的剪切渗透弱面机制。触发剪切渗漏弱面的应力条件较传统水力劈裂判别的应力条件更容易满足,并且预测的渗漏位置更符合工程实际,因此在实际工程设计中应更重视高渗透性剪切带的评价和处置。     

新型预应力混凝土衬砌压力隧洞技术研究

本文提出了一种新型预应力混凝土衬砌压力隧洞技术。该项技术根据厚壁圆筒承受内外水压力理论,利用围岩的抗力作用,采用外加预应力法,在围岩和衬砌混凝土之间安装一种圆环形扁千斤顶设备,根据需要利用水或水泥浆通过有限的径向位移对隧洞衬砌混凝土层外部人为地施加某一数值与分布的均布压应力,用以部分或全部抵消内水压力所产生的拉应力。其优点是省去了预应力钢筋,且施工简便。模拟试验证明,利用水或水泥浆施加预应力法是可行的。有限元计算结果表明,在隧洞衬砌混凝土外层间隔施加预应力时,衬砌混凝土中的应力能够满足工程需要。