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。     

90°等宽明渠交汇水流污染物混合规律数值模拟

为研究明渠交汇水流污染物混合规律,针对90°等宽顺直明渠水流交汇口,建立三维水动力-污染物耦合输运数学模型,对6 种不同汇流比情况进行数值模拟研究。计算结果表明:交汇水流污染物分布存在明显的三维特征,且与二次流密切相关;水体表层污染带最大宽度与汇流比的关系和水体内部不同,表层水体污染带最大宽度在小汇流比工况下为主渠宽度,不随汇流比的变化而改变,在大汇流比工况下与汇流比呈良好的一次函数关系;中下层水体污染带最大宽度与汇流比呈二次曲线关系;汇流比越接近0. 5,污染物混合越不均匀,且汇流比越大,污染物混合速率越快。     

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.     

等宽明渠交汇口水流一维数学模型

本文采用理论分析及试验手段，对等宽明渠缓流交汇水流进行了研究。对交汇口流动的各种影响因素进行了量纲分析，确定表征流动特性的主要物理量。根据水力学基本理论，建立了交汇口上下游水深比的普遍方程，方程中考虑了动量修正系数、动能修正系数、支流汇入角等影响因素的影响，并对水深比与交汇角、流量比及水流Fr数之间的变化关系进行了讨论。解析表达式的计算结果与实验结果符合较好。     

3-D numerical simulation of curved open channel confluence flow with partially non-submerged rigid vegetation

For the study of the effects of partially non-submerged rigid vegetation on the free-surface confluence flow in a curved open channel,a numerical simulation is ...     

入汇主河的泥石流龙头运动机理研究

作者基于野外观测资料和模型试验，提出了泥石流与主河交汇的两种模式，即：有上下分层交汇和无明显分层的潜入式交汇。建立了潜入式交汇的泥石流龙头运动方程，并讨论了模型参数的取值。计算结果得到以下结论：当主河水流费劳德数比较小(Fr＜0.35)时，入汇主河泥石流龙头在主河的运动速度近似以线性减速，且与试验值吻合较好；混合流粘滞系数和绕流系数对龙头运动速度影响较大；泥砂沉降速度对龙头内部体积比浓度有显著影响。     

Self-aeration of open channel flow

It is suggested that the cause of self-aeration in open-channel flow occurs when the turbulent normal stress exceeds the gravimetric pressure. A criterion for the start of self-aeration is established on this basis. A computational four-layer model of an aerated flow is proposed. It is also proposed that the equation of turbulent diffusion be used to calculate the distribution of air concentration along the normal to the bottom. Results are compared with experimental distributions of concentrations, and a satisfactory relationship is obtained.     

Turbulent flow structure at a 90-degree open channel confluence: Accounting for the distortion of the shear layer

City channels often have a smaller width-to-depth ratio in comparison to natural rivers due to the limited land availability. The penetration of the tributary into the main channel can cause the distortion of the shear layer. The main purpose of the present study is to investigate the mean and turbulent flow structure in the distorted shear layer in a discharge-adjustable plexiglass circulating flume. Three-dimensional velocities were collected and hydrodynamics and turbulence characteristics such as mean velocity field, turbulent kinetic energy, Reynolds shear stress, turbulence spectrum, and occurrence probabilities of quadrant events were analyzed. The results showed that a stronger helical cell was formed and extended for a longer distance downstream when the tributary channel had a higher flow rate than the main channel. The maximum Reynolds shear stress and the ejection and sweep events were mainly distributed at the middle zone of the water depth, rather than near the water surface, which were coincident with the shear layer as indicated by the turbulence kinetic energy. No obvious energy concentration was observed, and the power law relations for individual velocity components all had an exponent slightly larger than −5/3 in the flow frequency. The distortion of the shear layer resulted in an increase in occurrence probabilities of ejection and sweep events within the shear layer, which were related to the turbulence presenting vortices induced by wall. If the discharge ratio remained unchanged, an increase in the discharge of both channels resulted in an increase in some parameters, such as velocity, turbulent kinetic energy, and the absolute values of Reynolds shear stress, while the shear layer was distorted to a larger extent as the discharge of each channel decreased. All these results suggested that sediment transport, bed morphology and contaminant transport in the distorted shear layer at city channel confluences may differ significantly from that at natural river confluences.     

明渠均匀流研究

利用普朗特-卡门（Prandtl-Karman）粗糙平板上的流速分布公式, 推出了二维明渠均匀流的流速计算公式;然后,在假定矩形渠道底部阻力和边墙阻力相等的条件下,推出了矩形明渠均匀流的流速计算公式;随后,利用尼古拉兹的粗糙管道流阻力系数公式,推出半圆形明渠满流时的计算公式,再转化为非满流条件下的计算公式。将推导出来的二维、矩形及半圆形明渠计算公式的计算结果同前人的试验结果相对比,二者吻合良好;并同谢才-曼宁公式的计算结果进行对比,结果表明,文中4个算例的计算结果比谢才-曼宁公式的计算结果更接近试验值。     

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。     

明渠弯道水流运动规律研究现状

自然界中河流经常是弯曲的,使得弯道环流研究成为水力学及河流动力学最重要的课题之一。明渠弯道水流运动规律的研究主要包括弯道水面横比降、横向环流垂线分布和环流流速沿程分布等方面。本文对这三方面的研究成果进行了归纳与分析,并对弯道水流运动规律的研究现状进行了评述。通过罗索夫斯基的实验资料对弯道环流流速分布公式和环流流速沿程分布公式进行了检验比较,向工程界推荐出相应的计算公式。     

交汇角对明渠交汇口污染物输运特性影响的数值模拟分析

针对等宽矩形断面明渠交汇口建立三维两相流水动力-污染物耦合数学模型,将污染物视作保守物质,不考虑其降解作用。该耦合模型以雷诺应力模型为基础,定量研究不同交汇角工况下交汇口的分离区几何特性及污染物输运规律。计算结果表明：交汇口分离区几何形状、污染物分布特性均存在明显的三维特征,且受交汇角影响;交汇角较大时分离区的几何对称性更强,不同交汇角下断面环流的位置不同,污染物的分布也不同,污染带最大宽度、混合界面宽度均随交汇角的增大而增大;分离区及其上游污染物混合速率随交汇角的增大而加快,在流速恢复区及其下游,混合速率基本不受交汇角影响,其沿程变化符合指数函数关系。     

异重流和均质流动的一些相似关系

本文通过引入密度变化率ε,给出了异重流和均质明渠流之间的一些相似关系,将分层流基本方程、微波流速、急缓流判别、内水跃共轭水深、分层取水流量等给出了在形式上与均质流体对应公式一致的计算公式,使分层流算式变得简单明确,便于应用。本文最后还给出了一些计算实例。     

明槽均匀流水力计算分析

明槽均匀流的水力计算问题多种多样,但围绕明槽均匀流基本公式展开,加以适当的变换均可以求得正确的结果。文章重点介绍了关于在明槽均匀流水利计算中必须注意的几个问题,并以实例详细说明复式断面渠道的水力计算。在实际的水力计算中,要充分考虑实际影响因素,才能提高计算结果的准确性。