桥渡壅水平面二维数学模型模拟研究

本文根据圣维南基本方程组,建立了平面二维非恒定流桥渡数学模型方程,通过坐标变换,以边界拟合坐标生成二维均匀正交网格,在交错网格上采用交替方向的全隐差分格式进行离散化代数方程计算。通过桥渡流场的实例计算,在水位、流速分布、分流比和桥渡壅水等方面取得了令人满意的结果,该数学模型对于弥补和配合物理模型进行桥渡问题的研究具有重要作用。     

柳州市柳江河道现有工程的综合壅水影响

采用贴体坐标系下的正交曲线网格,建立了柳州市柳江河道平面二维水流数学模型,用于模拟计算当前河道上桥梁的壅水叠加现象。结果表明,各桥梁的壅水叠加现象显著,最大壅水高度出现在最上游的双冲大桥。通过对柳州市柳江河道主要涉水建筑的综合壅水分析显示,在文惠桥上游河段,由各桥梁工程引起的壅水占主导地位;文惠桥下游河段,由红花水电站引起的回水壅高占主导地位。滨江路改造等工程在文惠桥上游河段对壅水的贡献平均在21.4%左右,最大壅水出现在铁路桥以上河段。     

柳州市柳江河道现有工程的综合壅水影响研究

对柳州市柳江河道主要涉水建筑的综合壅水分析表明,在文惠桥上游河段,由各桥梁工程引起的壅水占主导地位,文惠桥下游河段,由红花水电站引起的回水壅高占主导地位,滨江路改造等工程在文惠桥上游河段对壅水的贡献平均在21.4%左右;最大壅水出现在铁路桥以上河段。     

应用二维模型对壅水计算的探讨

应用一维数学模型对因建设码头、桥墩等占用天然河道行洪断面而造成壅水进行计算,虽在计算断面上对水位及流速等水流因素变化有所体现,但如果在一维基础上对局部应用二维模型计算,将更准确、清晰反映工程对局部水域的影响。本文通过北江三水段一个码头的计算实例加以说明。     

桥渡群壅水特性及对河势演变的影响

采用实体模型模拟的方法,分析了渭南二跨渭河特大桥修建后对河流水力要素、河床演变及防洪的影响,认为:①桥墩将在该河段上游一定范围内造成壅水,降低现有河道的挟沙能力,在一定程度上降低堤防的设防标准,也对原有桥渡的行洪能力和安全产生一定影响;②采用桥位轴线与主流尽可能垂直的方案,主槽内梁底高程应高于353.69 m;③桥梁设计时主槽变化范围需适当加宽;④在主跨以外适当范围内桥墩的埋深应按主跨桥墩进行设计。     

桥渡对河道水流影响的二维无结构网格模型

采用有限体积法建立平面二维水流运动的无结构网格数学模型,模型采用Roe格式的近似Riemann解计算界面通量和特征分解法处理底坡源项.通过无结构网格对桥墩形状进行精细拟合克服了局部糙率修正、局部地形修正等方法的困难.为研究桥墩、桥形等对水位、局部流速等建桥前后的变化提供了新的计算模式.最后,应用模型对河段上的圆形墩和圆端矩形墩壅水进行了模拟,结果表明模型能够较好的模拟建桥前后桥墩附近的水流变化.     

丹麦MIKE21模型在桥渡壅水计算中的应用研究

丹麦DHI公司开发的MIKE21数学模型属于平面二维表面流数学模型,是在20多年来世界范围内大量工程应用经验的基础上持续发展起来的,可广泛地应用于潮汐、水流、风暴潮等二维水力学现象的研究.将MIKE21应用于阿深北高速公路兴建巴河大桥前后水位、流场变化情况的二维数值模拟中,以确定MIKE21模型在桥渡壅水计算中的适用性;经检验,计算成果令人满意,其精度可以满足预测要求.     

河道多桥连续壅水分析

在实际工程中，经常遇到河段多桥连续壅水计算问题，本文在单座桥梁壅水计算方法的基础上，给出了一种比较简单实用的关于多桥连续壅水高度的计算方法。对于上游任一断面，当其断面处于下游桥梁的壅水范围之内时，它的壅水高度应该是下游桥梁在这个断面产生的壅水高度之和。黄河府谷段多桥连续壅水的实例计算结果表明，多桥连续壅水高度的计算方法简便易行。     

“水深平均二维数学模型”在跨河桥梁防洪评价壅水计算中的应用

近来,随着计算机技术的提高,出现利用计算机对跨河桥梁局部流场进行模拟并得出大桥设计壅水高度的方法。本文以扬州市文昌东路东延工程中的廖家沟大桥为例,介绍了采用"水深平均二维数学模型"进行壅水分析计算的基本方法和主要步骤,为防洪评价中的桥梁壅水计算提供新的计算模式。     

某工程河道采砂对防洪评价影响的二维数值模拟

为评价南昌市大飞机项目填方工程的河道采砂对防洪的影响,根据江西赣江下游尾闾河道特点,采用二维水动力学模型,对采区处的水位、流速等水力要素进行求解和率定.结果表明:采砂工程实施后,由于该河段设计情况下由湖洪控制,其水位最大降低值为0.017 m,流速最大变化值在0.20 m/s以内,水流动力轴线仅在采区局部河段有一定调整.采砂工程对行洪安全的影响是局部的、有限的。     

副桥对河道水流影响的数值分析

为分析副桥的修建对原河道水流特性的影响,以副桥工程为例,采用MIKE21水动力模型模拟了100年一遇设计洪水条件下河道内水位和流场的变化。结果表明:副桥修建后只是在桥墩附近产生一定的壅水和流场变化,对河道水流影响具有局部性。     

桥梁基桩在含沙水流冲击作用下的冲蚀磨损数值模拟研究

过水桥梁的基桩外露已成为影响桥梁安全性的重要因素,携沙水流会对外露部分的基桩产生冲蚀作用,加速混凝土的破坏,累积到一定程度,会导致桥梁安全性降低,影响桥梁交通的正常运营.为研究携沙水流对基桩的冲蚀磨损规律及其影响因素,利用ANSYS-Workbench建立三维模型,在FLUENT的工作环境下,模拟水沙两相流的流动特性,...     

弯曲复式河道水流特性数值模拟研究

为了解二维、三维模型在弯曲复式河道水流数值模拟中的应用情况,利用物理模型试验数据验证二维模型的计算结果,并对断面水面线进行了分析。可以看出,二维数模不适用于弯道水流的局部模拟,而适用于宏观水流流动的模拟。采用三维模型分析了弯曲复式河道中的二次流现象,结果表明,三维数模对于弯道水流的二次流、垂线流速分布模拟效果比较理想,可以得到弯曲河道水流运动的基本规律。     

纯隐格式的混合有限分析法在广雅桥水流数值模拟中的应用

分别建立柳州市柳江河道大范围河段和拟建广雅桥局部范围曲线坐标系下的二维水流数学模型,并采用纯隐格式的混合有限分析法来离散和求解该数学模型,将常用的干湿网格判别标准与冻结法结合起来模拟计算河道中的浅滩。所建立的大范围柳州市柳江河道二维水动力数学模型计算成果一方面用于验证,另一方面为广雅桥局部二维水动力数学模型提供初始和边界条件。结果表明,广雅桥的建设对局部河道的壅水和水流流态存在一定的影响,同时也证实了纯隐格式的混合有限分析法在工程实际应用中的准确性和有效性。     

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。     

考虑河岸冲刷的弯曲河道水流及河床变形的数值模拟

本文将正交曲线坐标系下的平面二维水沙数学模型和粘性河岸的冲刷模型结合，用于模拟弯道内的水流运动、悬移质泥沙的输移、河床的纵向及横向变形.用水槽试验资料验证了本文提出的水流模型，结果表明流速分布、水位等计算结果与实测值相当符合.应用建立的水沙数学模型以及河岸冲刷模型，模拟了一概化弯道在持续清水冲刷下的主流线位置、断面形态、主槽比降的变化过程，模拟结果符合弯道演变规律.     

基于随机水流网络的土壤水非均匀运动数值模拟

用显色示踪方法通过试验研究了黏土的非均匀流动模式,建立了离散网络模型,根据土体的统计特征描述相互作用的大孔隙和流动通道,构建水流运动的网络系统与小孔隙连续介质的耦合模型。用控制体积有限元法求解两区土壤水分运动的基本方程,采用整体法将土壤基质水流运动方程和不规则水流网络区水流运动方程耦合,解决了网络通道交叉引起的水流相互影响的问题,提高了计算效率。模拟与实验结果对比表明,离散网格模型及方法较好地描述出了优先流运动的特点,比等效连续体模型更为有效的刻画了土壤水流非均性规律。     

渡槽水体的热交换及水温和含冰率的时空变化

渡槽是一种高架空中的输水建筑物,冰期易于形成产冰场,可能导致下游发生冰塞灾害。考虑渡槽外壁与大气的热交换,包括太阳辐射、外壁和大气的长波辐射、地表的长波辐射和反射及对流等因素,提出了渡槽外壁温度及水体与渡槽热交换的计算模型。建立了冰期渡槽水温时空变化的一维数学模型,采用特征线方法得出水温随时间和离开渡槽进口距离的增加呈指数规律变化的重要结论。在此基础上,导出了渡槽含冰率与负水温成正比的理论公式。算例表明,如果忽视水体与渡槽的热交换,则可能导致计算冰情远远偏离实际情况的结果。     

混合有限分析法在桥墩水流数值模拟中的应用

在河道管理范围内布置桥墩时,较为关注桥墩对壅水和流态的影响,以柳州市局部柳江河道和拟建的维义大桥为例,分别建立大范围的河道和桥墩局部二维水动力数学模型,采用混合有限分析法进行了计算和求解。结果分析表明,维义桥的建设使局部河道产生壅水现象并对河势存在一定的影响。同时也证实了该方法在工程实际应用中的准确性和有效性。     

长大渡槽冬季输水期结冰水深预测

为了研究长大渡槽在冬季寒冷时期输水的结冰问题,为渡槽提供保温措施奠定理论依据,以庄浪河渡槽为背景,根据稳态传热过程进行理论分析,采用ANSYS FLORTAN软件建立水体温度计算模型,利用牛顿冷却公式、对流换热公式、曼宁公式进行计算,求得水温下降值与水深变化之间的关系。结果表明:水温下降值随水深的增大而减小,当水深增大1.5倍时,水温下降值减小约1.7倍;当水深增大4.2倍时,水温下降值减小约7倍,所以应该尽量保持槽体内较高流量,控制最小水深以保证槽内水体不产生冰花。当水深小于1m,外界温度为-25℃的极端低温情况时,槽内水体会结冰,可以考虑顶部加盖或者粘贴保温板来保温,从而达到安全输水的目的。研究成果对于渡槽的耐久性和使用寿命及冬季输水的可行性具有重要意义,也可以为类似工程提供理论依据。