基于COBRAS模型的突缩断面溃坝水流特性研究

为研究局部断面突缩对溃坝水流演进的影响,采用有限体积法数值离散雷诺时均方程,并以COBRAS模型为基础建立了三维k-ε紊流数学模型,利用压力隐式算子分割法求解紊流方程,自由液面采用流体体积法追踪。通过经典溃坝物理模型试验资料对数学模型进行验证,在此基础上,数值模拟了局部断面突缩条件下的溃坝水流特性。计算结果表明:断面突缩引发了水流的强烈紊动,断面上游发生水跃、形成负波;溃坝水流在断面收缩处快速雍高,而后向上下游逐渐扩散;动压强在突缩断面的最大洪峰形成过程中达到了最大值,然后逐渐减小;总压强在突缩断面最大洪峰形成前后的一段时间内保持着较为稳定的最大值。     

排沙漏斗流场特性与排沙机理研究

排沙漏斗是一种截沙率高、耗水率小的二级泥沙处理设施。为了进一步探明排沙漏斗的流场特性和排沙机理,该文采用声学多普勒流速仪(ADV)对排沙漏斗立轴螺旋流进行了三维流场测试,采用雷诺应力模型(RSM)和VOF方法数值模拟了排沙漏斗内清水流场,计算的水流时均流速分布与实测结果吻合良好。通过数值模拟方法得到了全面详细的排沙漏斗流场结构信息,并据此分析了排沙漏斗的排沙机理,提出二次流是排沙漏斗能够顺畅高效排沙的关键。     

排沙漏斗悬移质泥沙运动数值模拟

排沙漏斗是一种利用立轴旋涡实现水沙分离的二级排沙设施。为了探明排沙漏斗悬移质泥沙运动特征和排沙机理,采用欧拉-拉格朗日方法模拟了排沙漏斗水气沙三相流动,其中水相和气相采用雷诺应力模型(RSM)和VOF方法描述,悬移质泥沙用颗粒轨道模型描述。通过对计算的悬移质含沙量垂向分布与实验结果的对比,验证了数学模型的可靠性。计算结果表明:在漏斗室外侧区域含沙量分布整体上较均匀,在漏斗室内侧区域的近底部存在一个明显的高浓度带。作者认为,上述排沙漏斗悬移质泥沙含沙量分布特征主要是由排沙漏斗内的二次流引起的。     

基于AHP-TOPSIS法的LID设施面积比例优选研究

为研究单项低影响开发(LID)设施的综合效益最优面积比例,因地制宜设计最优LID设施组合方案,在综合考虑经济、环境和社会因素基础上,利用层次分析法(AHP)确定指标权重、优劣解距离法(TOPSIS)评价综合效益,构建低影响开发综合效益评价体系,并将该低影响开发综合评价体系应用于淮南市某老旧小区。结果表明,绿色屋顶占屋顶面积55%、透水铺装占不渗透面积60%或下沉式绿地占绿地面积60%,是单项低影响开发设施的最优面积比例;在不同降雨重现期下,根据单项低影响开发设施的综合效益最优面积比例所设计的组合方案对研究区径流量、洪峰流量、径流系数和SS、COD、TN、TP污染物量削减效果明显;在不同情景下,对比未布设低影响开发设施情况,所设计的组合方案对研究区的径流总量控制率提高了45.59%～47.17%。     

龙葵生物炭的制备及对重金属镉的吸附研究

以修复土壤重金属污染的植物龙葵为原料制备生物炭,利用龙葵生物炭吸附去除含有重金属Cd~(2+)的污水,对龙葵生物炭颗粒参数以及其吸附Cd~(2+)的条件进行分析。结果表明:用氢氧化钠去脂、稀硝酸活化、550℃煅烧1h制备的龙葵生物炭颗粒较小,分布较均匀。龙葵生物炭吸附Cd~(2+)的最佳条件为:pH=6、生物炭用量0.1g、溶液体积为40mL、吸附平衡时间180min。龙葵生物炭对Cd~(2+)的吸附过程符合Freundlich和Langmuir等温吸附模型。     

泄水建抗空蚀体型的合理形式研究

系统总结了水电工程泄水建筑物反弧抗空蚀体型研究的现有成果，从理论上分析了抗空蚀反弧曲线应是一条曲率处处连续的曲线，提出了抗卒蚀反弧曲线的新形式，并给出了计算实例。该反弧曲线能够显式表达，形式简单，便于推广应用。     

不同LID组合对水质水量影响及成本效益分析

为研究不同低影响开发（low impact development,LID)组合[JP2]对雨水源头控制和污染负荷削减效果,以淮南市某一工业园区为研究对象,基于暴雨洪水管理模型（storm water management model,SWMM)构建5种LID组合方案。在不同重现期下,对5种方案进行水量水质模拟,分析不同方案对径流量、洪峰流量及污染物质量浓度的削减效果,并利用生命周期成本分析和效益货币化分析对5种方案进行比选,选出最合适研究区的LID组合方案。结果表明：绿色屋顶、雨水罐、雨水花园和透水铺装组合方案对径流量和污染物的削减效果最好,绿色屋顶、雨水罐、植被浅沟和透水铺装组合方案对洪峰流量的削减效果最好。成本效益分析显示,雨水罐、雨水花园和透水[JP]铺装组合方案的投资回报比最高;不同的LID方案对水质水量均有一定的削减效果,但随着重现期的增大,削减效果均有不同程度的降低。     

曲线坐标下施工导截流二维水流数值模拟

采用B型交错网格布置物理量,引入动边界扫描技术建立了曲线坐标系下的施工导截流二维水流数学模型。采用贴体坐标变换,将复杂的物理域变换成规则的计算域,在计算域上采用控制容积法离散方程,并运用SIMPLEC算法求解,使计算的流场更符合实际流场。采用白石窑水电站施工导流模型试验的实测资料对模型进行验证,计算结果与实测资料吻合较好,表明该模型可用于施工导截流的水力计算。     

基于欧拉-拉格朗日方法的明渠中悬移质淤积数值模拟

为了研究水利工程中悬移质泥沙淤积时的运动轨迹,基于欧拉-拉格朗日方法建立了三维悬移质泥沙输移数学模型,模型中采用标准k-ε湍流模型计算水流紊动流场,在拉格朗日坐标下计算泥沙颗粒轨迹,颗粒受力考虑了有效重力、阻力、虚拟质量力和Saffman升力。与传统的扩散模型和双流体模型相比,该模型摆脱了依赖泥沙浓度分布资料给定泥沙进口边界条件的局限性。使用该数学模型对经典的悬移质泥沙净淤积水槽实验进行了模拟,通过对计算的泥沙浓度垂向分布沿程变化与实验结果的对比,验证了数学模型的可靠性。模型还较好地模拟得到了实验中泥沙浓度在垂向上呈现的非单调变化。