弯道河段水流流态试验研究

研究采用声学多普勒流速仪对弯道河段水流特性进行了系统的试验研究,全面地分析了水流的三维时均流速及流场等.水流进入弯道后,水面形态和水流结构沿流程逐渐发生调整和变化,形成弯道特有的水流运动规律,具体表现在水面横比降、横向环流、流速重分布及紊动强度等.该研究可为相关的理论研究和工程实践提供借鉴和理论依据.     

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。     

常曲率U型弯道水流紊动特性试验研究

采用三维声学多普勒流速仪,对水流三维流速进行了采集,对弯道水流的脉动进行了统计分析,研究了典型断面的紊动强度、紊动切应力、紊动能的分布。试验结果能够很好的揭示弯道水流的三维特性及分布规律。研究成果为进一步研究水流的紊动结构及泥沙的运动机理提供了参考资料。     

三峡水库运用后武汉天兴洲分汊河段演变规律及趋势

利用武汉天兴洲分汊河段的水文与地形等实测资料,分析了水沙变化条件下本河段分流区水流动力轴线、流速与含沙量分布等变化特点,阐述了本河段水沙运动与河床演变的相互作用机制,预测了本河段的演变趋势。研究结果表明本河段分流区水流动力轴线随流量增加而逐渐偏向左侧变化,其变化规律形成了左汊的有利进流条件与较长时间维持本河段分汊的河势格局,但因上游来沙的大幅度减少,右汊冲刷幅度较左汊大,有利于右汊继续维持主汊地位。     

弯道推移质泥沙运动特性及其对河道演变的影响

弯曲河道水流、泥沙的运动特性与顺直段不同,存在横向流速与横向输沙。在考虑了弯道河段横向水流影响的条件下,导出了弯道河段泥沙的起动流速公式,并进行了合理性分析,认为在相同的纵向流速条件下,弯道段凹岸侧泥沙的起动粒径和泥沙输移速率均较顺直段大。同时结合弯道段水流和泥沙的运动特性阐明了弯道河段的演变规律。     

弯道推移质泥沙运动特性及其对河道演变的影响

弯曲河道水流、泥沙的运动特性与顺直段不同 ,存在横向流速与横向输沙。在考虑了弯道河段横向水流影响的条件下 ,导出了弯道河段泥沙的起动流速公式 ,并进行了合理性分析 ,认为在相同的纵向流速条件下 ,弯道段凹岸侧泥沙的起动粒径和泥沙输移速率均较顺直段大。同时结合弯道段水流和泥沙的运动特性阐明了弯道河段的演变规律。     

三峡库区蓄水初期连续弯道淤积特性探讨

三峡水库蓄水运行以后,库水位抬高,流速降低,库区河段内的水流特性发生改变,库区呈现累积性淤积态势。从库区泥沙淤积分布来看,淤积主要发生在弯道河段,特别是连续弯曲河段淤积强度较大。针对库区连续弯曲河道特点并结合实测断面地形资料,采用Fluent软件进行了三维水流数值模拟,结果表明,连续弯道主流"走直",环流将主流区所挟带的细颗粒泥沙从中剥离,并随环流运动,泥沙会被挟带至弯道凸岸下游一侧的缓流区落淤。     

小半径大底坡溢洪道弯道水流三维流场数值计算分析

水利枢纽溢洪道设计过程中常遇到陡槽弯道水流问题,复杂的弯道水流流态直接影响建筑物的布置和运行安全,对溢洪道陡槽弯道水力特性的研究具有现实和理论意义.本文采用RNGk-ε双方程模型模拟紊流,流体体积分数法(VOF)追踪自由水面,笛卡尔自适应网格与部分面积体积障碍模拟法(FAVOR)处理复杂的几何边界,成功地对小半径、大底坡溢洪道陡槽弯道流场进行了三维紊流数值模拟,得到了自由水面、断面流速大小、分布和三维流场的分布规律,结果分析表明数值模拟与物理实验结果两者吻合较好.     

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.     

弯曲河段船闸口门区通航水流条件探讨

船闸口门区通航水流条件中的横向流速指标是衡量船舶能否安全进出引航道口门区的主要标准之一。通过对位于弯曲河段的水利水电枢纽工程资料的收集分析,发现存在口门区局部区域流速测点横向流速超过规范限值,但船模航行参数符合要求的现象。针对这一问题,以大源渡航电枢纽二线船闸口门区通航水流条件模型试验和船模航行试验为基础,研究弯曲河段口门区船舶航行的特点,分析2种试验结果的差异,提出了在衡量弯曲河段船闸口门区通航水流条件时应考虑船舶航行存在艏向角的因素,以及船舶的有效横向流速应与规范中的限值进行比较的建议。     

芜申运河三里埂段深坑成因分析

用MIKE21水动力模块和物理模型对三里埂汇流段流场进行了模拟。经过试验验证,模拟结果和实测资料吻合较好,说明两个模型的建立是成功的。数学模型对深槽内水流的水力学性质研究表明,深坑处是深槽沿程受水流剪切力、冲击力以及弯道环流最大的区域。深坑被剥蚀和冲刷下来的泥沙通过弯道环流向对岸高滩输运,形成高滩不断淤高,深坑不断冲刷的状况。此外,由物理模型试验对深坑处流态的观察可知,深坑处于水流交汇和分汊不断变化区域,经常出现漩涡、汇流、紊流等不良流态,这些流态提高了水流紊动能量和挟沙能力,为深坑的发展提供了有利条件。三里埂汇流段水动力状况的数学模型和物理模型研究为该河段深坑的整治提供了理论依据。     

黄河大柳树河段水情实测结果分析

对黄河大柳树河段19个典型代表断面的流速、水深分布等情况进行了分析。结果表明:1大柳树河段各断面水位从上游至下游呈下降趋势,相对窄深的断面水流相对湍急,相对宽浅的断面水流相对平稳,天然弯道河段的河床变化符合凹岸冲刷、凸岸淤积的水沙基本运移规律;2大柳树河段河面相对狭小,水流相对湍急,部分河段的平均流速可达2m/s;3大柳树河段弯道上的流速分布符合自由涡和强迫涡定律,断面流速与水深基本保持正相关关系,且弯道入口处靠近凸岸的水深相对较深,流速也较大,当弯道中心角较大时平均流速的最大值逐渐由凸岸向凹岸转移。     

多弯道溢洪道水力特性数值模拟研究

文中在物理模型试验的基础上,对多弯道溢洪道进行了数值模拟研究。采用FLUENT软件,引入适用于分层两相流的流体体积分数(VOF)模型求解自由水面曲线,成功地对龙屯水库多弯道溢洪道进行了三维紊流数值模拟,得到了自由水面、溢洪道底板压力、断面流速大小和三维流场的分布规律,并将数值模拟结果与试验结果进行了分析对比,两者基本吻合。试验结果表明:合理的选择数值模拟模型及参数,可以很好地模拟水流流态,可为工程所用。     

天然连续弯道中水流运动的三维数值模拟

为了研究天然河道中水流运动规律和河床演变及泥沙冲淤,建立了适体坐标下修正的紊流水流数学模 型. 采用有限体积法离散控制方程,并运用SIMPLEC 算法计算了黄河沙坡头河段连续弯道的三维水流流场,通 过实测资料对计算结果进行了对比分析. 结果表明,模型计算值与实测值吻合较好,反映了天然连续弯道水流 的基本特性,即水面的水质点向凹岸运动, 而近底的水质点向凸岸运动. 说明该模型可以用于模拟天然连续弯 道的水流运动.     

分流对弯道水流紊动强度影响的试验研究

采用先进的三维超声波多普勒流速仪（ADV）对不同分流比情况下弯道水流紊动特性进行了系统的试验研究。根据试验数据,探讨了不同分流比工况下弯道水流的紊动机理,分析了其紊动特性,同时对紊动强度分布特点进行了比较。     

汤河水库弯曲溢洪道流场数值模拟分析

依据RNGk-ε双方程紊流模型,并采用VOF方法追踪自由水面和笛卡尔网格法处理复杂几何边界,对汤河水库溢洪道弯道水流进行了三维数值模拟,得到不同流量下溢洪道弯道的自由水面线、压力分布以及流速等流场参数分布规律。     

连续弯道水流运动的三维数值模拟

基于雷诺方程和有限体积法建立了描述连续弯道水流的三维数学模型,用Shukry的强弯道试验结果对数学模型进行验证.结果表明,该模型能够很好地模拟弯道内水流的流速分布.采用该模型模拟了在不同弯曲度的连续弯道中的水流运动,结果表明:水流流速在弯顶靠近凸岸处较大,而凹岸处较小,弯顶处的水流断面流速分布和下一个弯顶处呈横向对称,且在两弯顶中间形成过渡.由于水流凸岸流速大于凹岸,因此当河岸类型为可侵蚀河岸时,凸岸将可能向后崩退,形成切滩.随着弯曲度的增大,弯道水流动力轴线更贴近凸岸.当河道弯曲到一定程度,一旦遇到洪水,很可能冲开河岸的束缚发生裁弯取直现象,并发展出新的河道.     

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。     

荆江河段水沙条件与主流线特征关系研究

荆江河段的主流变化主要表现为弯曲分汊段的主支汉交替及单一弯道段深泓半径的变化,综合考虑两者关系,提出了能描述荆江分汉段及单一弯道段主流线特点的无量纲常数--弯曲特征数r,并针对同一河段分析了汛期平均流量、洪峰变差系数、年输沙量及输沙指数等水沙条件变化与主流线变化的对应关系.结果表明:汛期平均流量较小、水流相对饱和度低、来水来沙过程较为均匀使得滩槽高差较小,横断面向宽浅发展,从而减弱河道对水流的约束,弯曲特征数较小,主流顺直;反之主流向弯曲发展.     

基于平面二维数值模拟的长江世业洲分汊河道水流特性研究

上游河势条件的改变将影响分汊河道的演变,特别是上游来水入流角度的改变,会导致主流流向的摆动,引起洲头顶冲点位置和各汊道入流条件的变化,从而影响主、支汊的稳定性,改变分汊河段河床冲淤调整的趋势。选取长江中下游典型分汊河道—镇扬河段世业洲分汊河道为研究对象,通过Delft 3D软件,模拟研究世业洲分汊河道上游单一段入流角度改变后,对世业洲分汊河道水流特性的影响,包括世业洲分汊河道左汊、右汊分流比,分流区、分汊区、汇流区的断面流速分布。