Y形交汇口水面形态特征的数值分析

明渠交汇水流在交汇口处呈现出特有的水面形态特征.针对Y形明渠交汇口的水面形态特征,应用三维各向异性的雷诺应力模型,采用交错网格上的有限体积法离散控制方程,用SIMPLE算法对压力～速度场求解.数值计算结果与物理模型试验结果吻合较好,并据此重点探讨了交汇角、汇流比与描述水面形态特征的参数之间的关系,提出上下游水深比与交汇角、汇流比的函数关系.     

明渠交汇流分离区形态及二次流强度分析

采用基于雷诺应力模型与体积函数法的等宽明渠交汇流三维数值模型,对7种交汇角和3种流量比的21种组合工况进行了模拟计算;采用基于主流向流速的等值线法定义分离区,对分离区尺度及其三维形态进行了分析,并根据断面涡量值的计算结果对交汇口下游二次流强度沿程分布规律进行了归纳总结。结果表明:当流量比增大或交汇角减小时,分离区的水平尺寸变小,平面形态变狭长;分离区域平均水深随着流量比或交汇角的增大而降低;交汇口下游二次流强度随着流量比的增大而逐渐减弱;在交汇口附近二次流强度受交汇角影响较大,沿主流方向交汇角影响逐渐降低。     

Y型明渠交汇水流分离区的数值分析

针对Y型明渠交汇口的水流特性,应用三维各向异性的雷诺应力模型,采用交错网格上的有限体积法离散控制方程,用SIMPLE算法求解压力-速度场。数值计算结果与物理模型试验结果吻合较好,并据此重点探讨了不同交汇角条件下交汇口分离区尺寸的变化规律,提出Y型交汇水流分离区的定义和分离区尺寸与汇流比的函数关系。     

水流交汇区的水动力学特性数值模拟

为开展水流交汇区污染物浓度分布研究,进行水流交汇区水动力学特性的数值模拟,建立适用于水流交汇区的水气两相流数学模型。模型采用Weber试验数据进行验证,验证结果表明模型模拟的自由水面、流场与试验结果吻合较好。针对交汇区浓度分布试验的研究需要,模拟分析了不同交汇角、流量比和动量比对交汇区水动力学特性的影响。研究结果表明:分离区的范围随交汇角、流量比和动量比的减小而逐渐缩小直至分离区消失,交汇角、流量比和动量比越小,交汇口上游水位的壅高及分离区内水位的下降程度越不明显。     

Y型明渠交汇水流数值计算

针对Y型明渠交汇口的水流特性,应用水深平均-雷诺应力模型,采用交错网格有限体积法离散控制方程以及SIMPLE算法,求解交汇水流的水深-速度场.数值计算结果与物理模型试验结果吻合较好,并据此分析了交汇口附近汇流区的雷诺正应力和剪切应力分布.     

等宽明渠交汇口流速分布特性数值模拟

明渠水流的交汇现象在涉水工程中十分常见,其中交汇口流速的分布特性复杂,对渠道的设计与维护有着直接的影响。针对明渠交汇流的流速分布特性,基于雷诺方程模型（RSM）与体积函数法（VOF）建立等宽明渠交汇流三维数值模型,结合物理试验数据进行模型验证,对不同交汇角与流量比组合工况进行模拟研究,对交汇口水流流速的分布特性进行分析。计算结果表明,交汇口流速存在分区特征,交汇口内流线弯曲流速偏转,下游会出现回流结构与断面环流现象。当交汇角增大时,水流的偏转幅度更大,回流结构与环流现象增强,分区特征更明显,渠道边壁受到的水体冲击更大;当流量比增大时,主渠水体受到的挤压效应减弱,流速分区特征受到抑制,水流交汇更平顺,边壁受到的冲刷更少。     

明渠交汇口水流及污染物输移数值计算

针对明渠交汇口流动特性应用深度平均H-L紊流模型和污染物传输方程建立了明渠交汇口水流流动及污染物输移模型；采用有限体积法离散格式及交错网格上的水深-速度校正算法进行了数值计算并应用实测资料对数值模型进行了验证。计算结果与实测资料吻合较好，表明所提出的模型能较好的预测交汇口水流分离区及污染混合区形状及大小。     

河流交汇口河床地貌演变研究进展

综述了20世纪80年代以来河流交汇口河床地貌演变研究取得的主要成果,总结了不同类型交汇口水流特性以及地貌特征。影响交汇口河床地貌的主要因素为干、支流交汇角与干、支流汇流比,已取得的研究成果主要是基于数值模拟和水槽试验的理论研究,应加强对天然交汇口河床地貌演变的研究,尤其是加强河流生态修复、河流水污染治理和河道疏浚等应用性研究工作。     

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。     

管道汇流口局部阻力试验研究

通过试验研究并结合水动力学原理，在分析汇流口独特水力特性及能量损失机理的基础上，提出了适用于任意角度汇流管路分析计算的局部能量损失系数的普遍表达式。分析了交汇角、流量比(支管流量／合流量)及面积比(支管面积／主管面积)等因素的影响规律，并对各影响因素进行了分析比较。研究结果表明，管道汇流口水流的局部能量损失，必须考虑汇入断面上支流沿下游主流方向的动量分量和主支流间相互掺混引起的附加摩擦阻力的影响。局部能量损失系数随交汇角、流量比增加而增加。当流量比较小时支流的局部水头损失系数出现负值，而当流量比较大时主流的局部水头损失系数出现负值。分离区内外压强差随交汇角增大而增大，随流量比的增大先增大后减小。     

ABRUPT DEFLECTED SUPERCRITICAL WATER FLOW IN SLOPED CHANNELS

The effect of the bottom slope on abrupt deflected supercritical water flow was experimentally and theoretically studied. Model tests were conducted in a flume of 1.2 m wide and 2.6 m long with sloped bottom at an angle 35.54°, its length of deflector was 0.2 m and the deflection angles were 15° and 30°. An approximate method for calculating the shock wave angle and depth ratio of the abrupt deflected supercritical water flow was suggested, and a correction coefficient for the hydrodynamic pressure was introduced to generalize the momentum equation in the direction perpendicular to the shock front. It must be noticed that in the sloped channel the shock wave angle and the depth ratio are no longer constant as those in the horizontal channels, but slowly change along the shock front. The calculated results are in good agreement with measured data.     

复式断面明渠流能量及动量校正系数研究

在复式断面明渠流中,能量及动量校正系数对水力学计算结果的精确性有直接影响。为研究水深比（滩地水深与主槽水深之比）及滩地植被密度对复式断面明渠流能量及动量校正系数的影响,采用基于壁面建模的大涡模拟（WMLES）方法的三维数值模型,对5种水深比和3种植被密度工况进行数值模拟研究。结果表明:由于流速分布不均匀,主槽和滩地的能量及动量校正系数有明显差异,其值均大于1。随着水深比的增大,复式断面的流速分布趋向均匀,能量和动量校正系数随之减小,能量校正系数的变化范围为1.07~1.19,动量校正系数的变化范围为1.03~1.07。此外,随着滩地植被密度的增大,滩地与主槽的流速差值变大,能量和动量校正系数随之增大,能量校正系数的变化范围为1.09~1.59,动量校正系数的变化范围为1.04~1.21。最后,通过回归分析发现能量校正系数与动量校正系数存在线性关系,所得计算式可用于相同工况条件下能量及动量校正系数的预测。     

陡坡渠道急流冲击波

通过理论分析研究了底坡对急流冲击波的影响，并进行了相应的模型试验研究。在陡坡渠道上，波阵面不再是直线，冲击波的角度和深度之比不是常数，而是沿波阵面缓慢变化。文中提出一种近似方法计算急流冲击波的角度和深度之比；引进一个动水压强修正系数来概括垂直冲击波波阵面方向的动量方程；由于底坡的影响，沿着激震前沿来流的佛劳德数增大，因此在每一部分都提出了确定佛劳德数的方法。计算结果与试验结果吻合良好。     

矩形断面压力管道汇流口局部能量损失

采用水动力学基本理论,对矩形断面有压管道汇流口的水力特性进行分析研究,提出收缩系数及局部能量损失系数的综合表达式,并与试验结果进行了比较。研究结果表明:正确描述管道汇流口水流特性,必须考虑主管和支管的面积、流量的相对大小和交汇角的影响;局部能量损失随流量比增大而增大,随面积比增大而减小,随交汇角增大而增大。     

TRANSITIONAL FLOW IN CHANNEL JUNCTIONS

On the basis of energy and continuity equations a simple one-dimensional formulation was proposed to predict the transitional flow at an open-channel junction. An empilical relation between the junction losses, the junction angle, and the discharge ratio was suggested which agrees well with the experimental results. The results calculated by the present formulation for the depth ratio were compared with the results of earlier one-dimensional formulations and experiments. It is found that the present results coincide better with experiments than those of others.     

非淹没丁坝下游回流长度及最大回流宽度研究

本文基于二维水深平均水流运动方程组，对一些因素如主回流紊动切应力、主流流速横向分布规律、紊动粘滞系数等作了与前人不同的假设，推导得到了非淹没丁坝下游回流长度及最大回流宽度计算公式，公式计算结果与实测资料进行了对比，研究成果表明：回流长度与坝长、水深、糙度、面积缩窄率，河宽缩窄率有关，最大回流宽度与河宽，面积缩窄率及河宽缩窄率有关，对于矩形河槽，河宽缩窄率等于面积缩窄率，而对于天然河道，两者并不相同。     

基于多元线性回归分析的蝶阀关闭规律函数关系研究

根据蝶阀关闭角每隔5°时,相对应的阻力系数和过流面积与阀门面积比的离散数值,首先,用MATLAB软件分别绘制出过流面积和阀门面积的比值关于关闭角度的离散图,以及阻力系数和关闭角度的离散图;其次,运用多元线性回归分析原理,给出了在关闭角度区间[0,80]上过流面积与阀门面积的比值关于关闭角度的函数关系式,以及阻力系数和关闭角度的函数关系式;最后,分别对两个函数关系式进行了相对误差分析,证实了两个函数关系的合理性和有效性。文中得到的两个函数关系式,可以使蝶阀关闭规律在水力过渡过程数值模拟的运用中变得更为精确、易行。