刚性挺水植物群落三维尾流流场特征分析

该文基于拥有自主知识产权的带自由液面水动力学数值计算程序HydroFlow?,对绕挺水刚性植物群落的流场进行了三维数值模拟。三维的数值计算采用精细的计算网格,模拟了每株植物周围详细的流场。通过与文献实验数据的对比,验证了程序的准确性和模拟的精度。通过对刚性挺水植物群落存在条件下的水槽流场的模拟分析,探究了不同固体体积分数、不同水深下的尾流平均流场分布特征和床面剪切应力分布特征。     

浮堤局部三维水流特性试验研究

浮堤相较于传统坝体,具有对河流泥沙输移影响较小、对来水来沙条件适应性较好、对原有河床及生态环境影响较小等优点,但对浮堤局部三维水流结构相关认识的严重缺乏制约了浮堤在河道治理中的应用。通过水槽试验研究浮堤局部三维水流特性及其几何尺寸对水流结构的影响。结果表明：（1）表面水流经过浮堤后向对岸偏转,浮堤下游产生回流,且回流处的垂向紊动强度与雷诺应力绝对值较大;（2）浮堤的挡水作用使过水断面面积减小,浮堤上游水流缓慢,而浮堤下方和右侧水流流速较大;（3）当浮堤淹没深度或长度增加时,浮堤下游回流的垂向或横向尺度相应增大,非接岸侧水体流速均明显增大;（4）当浮堤厚度增加时,水流结构呈非单调变化,表现为当浮堤厚度小于某一值时,浮堤厚度越大,回流横向尺度越大,超过该厚度后回流横向尺度减小。研究结果可为浮堤在河道整治工作中的推广应用提供参考。     

丁坝群附近流场及局部冲刷的三维数值模拟

为探索丁坝群附近水流流场,揭示其局部冲刷的形成机理,该文采用Flow-3d软件,选取RNG k-ε湍流模型和以希尔兹(Shields)数为基础的泥沙推移质输沙率模型对上挑丁坝群的周围流场分布和局部冲刷进行了三维数值模拟。研究发现,丁坝群间涡系结构复杂,第一座丁坝坝头处有一对反向的旋涡和下潜水流,切应力达到最大值,使得该位置有较大冲刷坑发生,解释了冲刷机理。冲刷坑的模拟深度和范围与实验结果吻合较好,表明该模型可以用于丁坝群及相关河道整治工程的流场和冲刷坑计算。     

雁形板三维有限元结构分析

通过MIDAS结构力学软件,以MIDAS在某工程中的实际应用,对厂房雁形板进行三维有限元结构分析。该软件能够直观准确地反映出厂房雁形板在各种工况下的应力应变情况,为优化厂房雁形板结构设计和配筋提供可靠的依据。     

波流作用下单桩结构局部冲刷试验研究

单桩结构引起的局部冲刷不能忽视,需要对单桩结构的冲刷规律进行研究。本文利用系列模型延伸法进行波流作用下单桩局部冲刷试验研究,流态发现波流共同作用时,在单桩结构处形成"漩涡状圆环"褶皱,绕过单桩结构后,圆环向两侧发散。局部冲刷试验表明冲刷形态与动力特征一致。极端高水位条件下,最大冲刷深度为5.10m,冲刷深度-2.00m以上范围最远在单桩中心约6.50m半径周围,横向约12.00m,纵向约9.00m。     

三峡升船机螺母柱结构局部仿真试验研究

三峡升船机安全锁定机构采用长螺母柱、旋转锁定短螺杆系统。其结构复杂,施工难度大,国内外尚无成熟经验和设计案例可供借鉴,也无专门规范可供遵循。为此,特通过1∶1局部仿真模型对其设计部门和有关专家关心的重大技术问题,即灌浆工艺能否满足灌浆材料的密实性和流动性;灌浆材料能否传递1 500多t的巨大荷载;预应力螺栓和预应力钢筋对结构作用效果如何等,进行试验验证。试验结果表明,上述3方面的问题均能满足设计要求。     

伶仃洋三维流场数值模拟

使用σ坐标变换技术，将（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）坐标系中的三维非线性Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程转换成（ｘ，ｙ，ａ，ｔ）坐标系中的方程，采用有限差分方法进行离散求解，用垂向（σ向）积分的连续方程求解水位，用动量方程求解流速垂直结构，在水平方向上使用非交错正方网格，σ向等间距分层，从而建立三维流场数学模型。应用本模型对多口门、多岛屿、地形及岸线复杂的伶洋的枯季、洪季流场进行了数值模拟。将模拟结果与多个水位、流速同步测站的实测资料进行比较，无论是水位、垂线平均流速、流向过程线还是流速的垂向分布形式与量值，二者均吻合较好。根据模拟计算结果，对伶洋流场的平面及空间结构特征进行了分析。     

河道三维流场数值模拟计算

河道水流泥沙运动是随着沿程，水深和河宽三个空间方向变化的，属于三维问题。基于河道地形较为复杂，江心洲岛、叉道纵横、分流变化多端，文章推荐采用较精细的K-ε数值模型结合VOF(Volume of Fluid)方法来模拟。     

板桩码头结构中桩体作用宽度试验研究

桩主要被用来传递竖向荷载,在码头结构中桩还常被用来承受横向荷载,抵抗地基侧向变形.侧向承载桩受到的作用力主要来自挡土陆侧和临空海侧之间的土压力差,但由于受力机理复杂,至今尚无成熟计算方法能够准确估算桩所承担的横向作用力.通常假设一个桩体等效作用宽度,然后采用挡土墙经典土压力理论进行计算,现行板桩码头结构设计中假设桩体作用宽度为2倍桩宽,然而,这种经验算法经常受到质疑,迫切需要试验验证.为了改进和完善现行的板桩码头结构设计计算方法,针对桩体作用宽度这一问题,设计开展了多组大型土工离心模型试验,通过微型土压力盒测量了不同桩间距布置的桩体侧面的土压力,获得了桩身前后两侧沿深度的土压力分布.试验结果表明,桩排中的单根桩作用宽度与桩间距密切相关,在桩间距宽度比d/b小于4.0时,其作用宽度系数Keq近似与d/b线性递增;d/b大于4.0后,keq值逐渐趋于常值,不再随着d/b值出现非常明显的变化;对于桩间距为2倍桩宽(d/b=2.0)这一常见布置情形,实测桩体作用宽度系数Keq值不足2.0.     

含刚性沉水植物水槽二维流场的数值模拟研究

为了研究刚性沉水植物的存在对水流特性的影响,利用ＦＬＵＥＮＴ软件对含刚性沉水植物水槽二 维流场进行了数值模拟。选用ＲＮＧｋ－ε 流模型,采用ＶＯＦ法捕捉自由表面,将植物带区域概化为多孔 介质区域。数值模拟结果与试验结果相比较,两者吻合较好,表明采用多孔介质代替刚性植物进行数值 模拟是可行的。另外还研究了不同流量、不同植物密度条件下流速和紊动强度沿垂线分布规律,研究结 果表明植物顶端附近流速变化最大,紊动能交换最剧烈。     

排沙漏斗三维涡流流场脉动特性研究

本文利用激光多普勒测速仪(LDA)对排沙漏斗三维涡流流场的脉动特性进行了测试研究, 测试结果表明: 排沙漏斗流场的切向紊动强度大于径向及轴向的紊动强度, 中间低速带的紊动强度大于两端自由涡及强迫涡控制区的紊动强度. 紊动切应力的理论分析与测试结果均证明排沙漏斗三维流场是一个各向异性流场. 本文还分析了排沙漏斗脉动特性对输沙过程的影响, 对如何更好地优化排沙漏斗结构提出了看法.     

基于三维形貌分析的结构面剪切试验研究

为研究结构面表面形貌、正应力及剪切历史对岩石结构面剪切特性及强度的影响规律,利用近景摄影测量技术测量试验前后结构面三维形貌数据,对影响结构面剪切特性的因素开展定性与半定量的分析。分析结果表明①结构面形貌对剪切特性的影响具有方向性,视倾角>0°的凸起体才可能在剪切过程中起抵触作用;②起伏粗糙对剪切特性的影响随正压力增大而降低,相应的剪胀效应也随正压力增大而减小;③在低正压力条件下,结构面表面的起伏凸起体即可被磨损剪断,首先出现磨损剪断的是视倾角较大的凸起,在经历1次正应力条件下剪切变形后,剪切曲线便不再出现峰值现象;④摩擦角随正压力增大而减小,而黏聚力随正压力增大而增大;⑤单块试样反复剪切试验中,取第1次残余值与后续剪切强度值拟合得到的剪切强度参数可代表具有剪切运动历史的结构面剪切强度。     

波流作用下环行桩群结构局部冲刷试验研究

环行桩群结构引起的局部冲刷会导致结构失稳,利用系列模型延伸法开展波流作用下环形桩群局部冲刷物理模型试验研究,可以更加清楚地认识基础结构的冲刷规律。该物理模型中流态表明,波流共同作用时,在基础结构处形成漩涡状圆环褶皱,波浪绕过基础结构后,圆环向两侧发散,此形态是波浪绕射的结果。物理模型局部冲刷试验表明环形桩群冲刷形态主要有4种,分别为基桩前部冲刷、环形桩群基桩两侧绕流冲刷、环形桩群基桩个体冲刷和环形桩群基桩尾流冲刷,基桩个体冲刷叠加在群桩冲刷基础之上,冲刷形态与环形桩群结构及动力特征一致。极端高潮位条件下,最大冲刷深度为8.42 m,冲刷深度-3.00 m(深度从床面向下)以上范围横向、纵向均为40.00 m左右,即沿高桩承台中心约20.00 m半径范围。物理模型试验较好地体现了环形桩群波流冲刷特征。     

生态沟渠淹没刚性植被局部水头损失系数研究

在生态沟渠的过流能力和断面尺寸设计中,断面阻水特性以及平均流速是非常重要的因素。以往的研究多基于力学平衡方程,但往往仅考虑了植被的阻水作用而忽略了沟渠边壁及底板的阻水作用。从能量方程角度,将植被引起的水头损失看作局部水头损失,把边壁和底板引起的水头损失看作沿程水头损失,对含刚性植被矩形水槽试验资料进行多元回归分析,得到了刚性植被局部水头损失系数ε的经验公式和断面平均流速v的计算公式,经试验资料验证,并与通过植被阻力系数Cd推求的流速相关公式对比,得出本文提出的刚性植被局部水头损失系数经验公式和含刚性植被矩形生态沟渠断面平均流速计算公式计算的精确度较高,可为生态沟渠的设计提供参考。     

环行桩群加承台基础结构局部冲刷试验研究

环行桩群加承台基础结构的稳定是结构安全运行的基本保障,因此该基础结构的冲刷规律试验研究意义很重要.由于受场地、模型沙选择限制,需要利用系列模型延伸法进行模型试验来研究基础结构海域局部冲刷问题.水流流态表明基础结构尾流旋涡和侧向绕流是影响基础结构冲刷的主要动力.局部冲刷试验表明基础结构局部冲刷部位基本在基础结构两侧和背水...     

水工建筑物进水口三维旋涡流场的理论研究

以Bessel函数为工具,通过求解Sturm—Liouville问题给出了水工建筑物进水口三维旋涡势流运动的理论解。     

水工建筑物进水口三维漩涡流场的实验研究

本文利用激光多普勒测速仪对进水口三维漩涡流场进行了量测,给出了切向速度V_0、径向速度V_1、轴向速度V_2及其紊动特性的分布特征。并比较了相同淹没水深、相同进口半径水力条件下与无涡流场的差别。可供科研设计人员参考。     

有压输水管道孔板局部阻力相邻影响试验

为研究有压输水管道的局部阻力相邻影响及其对总局部水头损失大小的影响,采用模型试验方法对总局部阻力系数随相对间距的变化关系进行了试验研究。试验结果表明:当孔板相对间距Ls/d≥9时,按照传统公式计算孔板产生的总局部水头损失结果与实测值最大相对误差不超过1.2%,而当Ls/d9时,孔板产生的总局部水头损失的实测值远小于传统公式的计算值,最大相对误差达到197.6%;相对间距较大时,不需考虑孔板间距的影响,而相对间距较小时,孔板间存在相邻影响,并且相对间距越小影响越明显,计算总局部水头损失必须考虑局部阻力相邻影响,需用相邻影响系数对传统计算公式进行修正。     

基于Vega Prime的流场三维动态可视化研究

基于数学模型的洪水演进计算输出结果通常表达为数值表示的水位流速场,为了探寻洪水演进的规律,借助可视化的手段将数据进行了基于图像图形的直观表达;同时以虚拟现实平台软件Vega Prime为基础,分析了实现流场动态可视化的技术框架、实现方法,并通过实例对该方法进行了验证。结果表明,该方法能较好地实现流场的可视化表现,可用于超大流量天然河道洪水演进模拟。     

丁坝群附近流场的三维数值模拟研究

丁坝具有导流、护岸、调整水深和营造局部冲淤等众多功能,在实际工程中应用广泛。文章采用有限体积法对正挑丁坝群的周围流场分布进行了三维数值模拟,以期深化对丁坝群附近的水流流场及局部冲刷机理的认识。研究发现,流场中有三个大的逆时针旋涡产生,第一座丁坝坝头处有下潜水流,且切应力达到最大值,是该位置发生严重冲刷的主要原因,且流量越大,冲刷越严重。