潮汐通道边坡潮流垂向结构及其底床冲淤数值模拟

本文阐述了潮汐通道边坡潮流、悬沙垂向结构，并建立了边坡流速垂向梯度解析式。通过理论关系式和现场观测资料分析论证，得知横向湍流掺混作用是造成边坡流速垂向分布较均匀的主要动力机理，考虑到潮汐通道边坡水动力场和悬沙场分布特点，应用平面二维泥沙运动数值模型模拟边坡区底床冲淤趋势，模式经岙山边坡试算，所获结果与该底床冲淤现状基本一致。     

瞬变流中MIAB摩阻模型的数值模拟研究

水力瞬变现象是长距离输水系统安全运行时需要考虑的主要问题。由于传统"拟稳态"模型不能准确预测压力波的峰值以及水锤波的衰减过程,因此引入更准确的非恒定摩阻模型模拟瞬变流成为工程安全运行研究的重要内容。本文利用模型试验,通过采用恒定摩阻模型及MIAB摩阻模型进行数值模拟计算,定量分析了两种模型的模拟计算结果与实测压力值的吻合程度,对比分析模型的优劣,提出了通过改进Brunone摩阻系数k的经验公式、现场校正波速和摩阻系数f及研究长距离复杂供水系统的瞬变流动特性,以期进一步提高MIAB摩阻模型模拟计算精度。     

瓯江口潮流数值模拟

建立了时间二次插值的三角形网格显式差分数学模型,从而提高了原三角形网格显式数学模型［1］的稳定性和精度。使用三角形网格全自动剖分技术进行网格剖分,使用"干湿"判别法处理了露滩问题,用两套节点关系处理潜堤问题,对大范围(既有细长河道又有大面积海区)、多岛屿、地形及流态复杂的瓯江口海区的潮流场进行了成功的模拟。并根据模拟结果,对瓯江口海区的潮流特征进行全范围的分析介绍。     

管道水力摩阻系数的敏感性分析

管道水力摩阻系数的合理取值是输水工程经济、高效运行的关键,尤其是当前广泛采用的大口径输水管道。然而受内壁粗糙度、管径D、流速V、水温T等诸多因素的影响,水力摩阻系数取值存在较大的不确定性。本文对常用摩阻系数进行了系统的敏感性分析,研究表明:同种管材的海森-威廉系数Ch和曼宁糙率系数n均随管径D增大而增大,并且曼宁糙率n的相对增幅远大于海森-威廉系数Ch,当前设计中忽略管径D对曼宁糙率n的影响是造成部分工程水头损失计算误差较大的原因之一。海森-威廉公式对不同管径的适应性优于谢才-曼宁公式,工程设计如采用谢才-曼宁公式,需考虑管径和流速对曼宁糙率n的影响。上述成果可为管道输水工程的设计、运行和管理提供参考。     

黄河口潮流数值模拟

应用二维非恒定流方程和破开算子法，数值模拟了黄河口附近海域潮流运动规律，并对动边界和潮位边界的处理作了探讨，实测资料验证表明，本文建立的数学模型能较好模拟黄河口附近的潮流场和潮位场。     

瓯江口三维潮流和盐度数值模拟研究

环境流体动力学模型(EFDC)集水动力模块、泥沙输运模块、污染物运移模块和水质预测模块一体,可以用于河流、湖泊、水库、湿地和近岸海域一维、二维和三维物理和化学过程的模拟.为了研究多岛屿、地形及流态复杂的瓯江口海区的水动力过程,本文将EFDC模型运用于该海区潮流场和盐度场的数值模拟.对比实测资料校核了模型参数,把模拟结果和实测潮位、流速和盐度进行了比较,吻合较好,并对瓯江口海区的潮流场以及盐度场进行了详细分析,发现近岸和江口及乐清湾大部分区域往复流明显,离岸越远旋转流越明显,河口处盐度在垂线分布上呈强混合型.结果表明:该模式成功复演了瓯江口海区的潮流和盐度变化过程,可以用于模拟和分析河口及近海海域的动力场.     

平面二维河床变形的数值模拟

为了研究河道平面二维的河床变形问题，及由此而引起的对防洪、航运等造成的影响，本文给出出非均匀沙的平面二维全沙动床数学模型方程组，并考虑了移质不和饱和输移、非均匀沙推移质输移及床沙级配的调整。在求解水流泥沙运动方程时，采用控制体和只法及动边界技术，对水流速度场、悬移质浓度场及河床变形进行了数值模拟。该模型采用正交曲线网格来克服天然河道边界形状复杂、长度尺度相差悬殊以及由于水位波动引起计算边变化等等困     

江苏沿海潮流数值模拟与潮流能估算

潮流能是一种海洋可再生能源,具有广阔的应用前景。通过数值模拟方法,对江苏沿海的潮流能分布进行估算。首先建立了江苏沿海平面二维潮流数学模型,并利用多次现场实测资料进行验证;基于数学模型计算结果,分析了江苏沿海的潮流场特征;其次,利用准调和分析方法对15 d潮流模拟结果进行调和分析得到6个分潮调和常数,并继而得到最大可能流速和潮流能流密度;最后,利用估算方法对海区的潮流能进行了估算。研究结果表明,江苏沿海燕尾港以南水域平均潮流能流密度相对较高,其中废黄河口附近海域、苏北辐射沙洲水道区域潮流能最为集中,平均能流密度最大值为700~1 200 W/m2,理论上具有较高的开发与应用价值。     

下游为干河床的溃坝水流数值模拟

应用二阶TVD—MacCormack格式计算了含间断波的二维浅水流动．模拟算例为下游是干河床、瞬间部分坝体溃决形成的溃坝水流运动．针对该格式，采用恰当的限制器使得解既不产生过大耗散，又具有高分辨率．     

福建南日群岛海域潮流数值模拟研究

福建南日群岛海域地形复杂,为了解该海域潮流场特征,利用MIKE 21 Flow Model_FM HD模块,搭建了包括南日群岛在内的大范围潮流数学模型,采用实测资料对海域的潮位和潮流进行了验证。结果表明,模型计算值与实测值吻合较好。所建模型能够正确反映南日群岛海域的潮流特征。最大流速出现在群岛内的主要潮流通道上,通过数值模拟,对该海域的水动力状况有了进一步了解,为该海域工程建设与环境保护提供了科学依据。     

黄骅电厂冷却水取水河段潮流的数值模拟方法

针对黄骅电厂冷却水取水河段的特点，采用一维非恒定流方程和二维正交曲线坐标下的浅水方程，对电厂取水河段潮流进行数值模拟。结果表明，对该取水河段利用两套数学模型联合运行的方法，是行之有效的。     

直叶H型潮流水轮机三维数值模拟

为了探究直叶H型潮流水轮机水动力性能的影响因素,在理论分析的基础上,应用大型建模软件UG建立了直叶H型潮流水轮机三维模型,基于滑移网格技术采用Fluent软件对水轮机模型进行三维数值模拟,在保持直叶H型潮流水轮机叶片翼型一定、水轮机密实度相同的条件下,通过改变转轮叶片数以及来流速度,分析了潮流水轮机水动力性能。结果表明,叶片数对直叶H型潮流水轮机水动力性能影响很大,叶片数越多,输出扭矩值越小,当叶片数为3、叶尖速比为1.63时,水轮机最高获能系数为31.21%。     

紊流浑水异重流交混区的阻力系数的研究

为进一步研究紊流浑水异重流交混区阻力规律,并简化该阻力计算方法,通过对紊流浑水异重流交混区上下两部分流速分布的研究,提出了最大流速点以上流速分布修正公式及适合高含沙水流的最大流速点以下流速分布公式。在此基础上对紊流浑水异重流交混区阻力系数进行了探讨,推导出了水库紊流异重流交界面阻力系数公式,并对其进行了讨论,论证了公式的合理性。并利用天然实测资料和实验室异重流试验数据对公式进行了验证,结果表明:推导出的异重流交界面阻力系数计算方法可以较好地模拟异重流交界面阻力变化规律。     

潮流不对称与推移质泥沙长期净输运

由统计学中的“偏度”概念出发,对潮流不对称的量化进行了探讨,进而将潮流不对称与推移质泥沙的长期净输运联系起来.在此基础上,对潮流不对称对推移质泥沙输运的作用机制进行了研究,并推导了利用潮流调和常数估算推移质泥沙长期净输运的方法.研究认为,产生潮流不对称的原因包括满足一定条件的分潮间的相互作用以及余流与分潮的相互作用,不同分潮组合对潮流不对称的贡献既与分潮间的相对振幅有关,又与分潮间的相对相位有关;对推移质泥沙输运而言,既包括同方向的分潮之间、分潮与余流之间的相互作用,又包括不同方向的分潮之间、分潮与余流之间的相互作用.由偏度结合推移质泥沙输沙公式导出的潮流不对称与推移质输沙之间的关系提供了一个由潮流调和常数估算河口推移质输沙的简便方法,经对比,该方法与直接采用推移质输沙率公式结果是一致的.     

Modified Saint-Venant equations for flow simulation in tidal rivers

Flow in tidal rivers periodically propagates upstream or downstream under tidal influence. Hydrodynamic models based on the Saint-Venant equations (the SVN model) are extensively used to model tidal rivers. A force-corrected term expressed as the combination of flow velocity and the change rate of the tidal level was developed to represent tidal effects in the SVN model. A momentum equation incorporating with the corrected term was derived based on Newton’s second law. By combing the modified momentum equation with the continuity equation, an improved SVN model for tidal rivers (the ISVN model) was constructed. The simulation of a tidal reach of the Qiantang River shows that the ISVN model performs better than the SVN model. It indicates that the corrected force derived for tidal effects is reasonable; the ISVN model provides an appropriate enhancement of the SVN model for flow simulation of tidal rivers.     

潮汐河口平面二维非恒定流数值模拟

本文基于三角形网格划分，采用有限元法，建立了平面二维非恒定潮流数学模型。采用了质量集中、压缩存储的处理方法和“预估校正”的时间推进算法，较好地解决了有限元计算存储量和计算速度问题。对长江口南北支河段进行了验证计算，结果表明模型能较好模拟长江口南北支河段的潮流运动情况，且计算稳定性好、速度快、精度高。     

调控潮流的人工加糙体的阻力特性研究

向海人排污造成的污染物滞留，水质恶化越来越受到人们的重视。通过在海底布置人工加糙体，改变海底的阻力特性，诱导产生潮汐乘余环流，促使污染水体外海的迁移流动。本文设计了２４种形状的人工加糙体，对其在水体中的阻力特性进行了实验研究，提出了适宜于诱导产生乘余环流的人工加糙体的选择依据，并推荐了３种最优的人工加糙体。