台阶式溢流坝消力池压强特性试验研究

为研究台阶式溢流坝不设反弧段连接时消力池底板压强特性,结合某水库实际工程,采用物理模型试验方法,对台阶式溢流坝消力池底板时均压强、脉动压强强度和峰值等压强特性进行了研究。结果表明,消力池底板时均压强均为正值;在滑行水流和过渡水流时,时均压强在水流冲击区出现一个较大值,最大为0.926kPa,下游反弹区形成极小值;在跌落水流时,时均压强沿程变化较小,且随流量的增加而增大;脉动压强强度和峰值沿程变化规律基本一致,总体上随流量的增加而增大,最大值出现在水流冲击区,脉动压强最大为1.198kPa,随后沿下游方向逐渐减小,并趋于稳定;台阶尺寸对消力池底板时均压强和脉动压强影响不大;消力池内脉动优势频率为0.01~4 Hz,属低频振动,不会危害泄水建筑物的安全。研究成果可为台阶式溢流坝消力池的优化设计提供参考。     

WCSPH方法模拟三角形底板水跃特性

使用弱可压光滑粒子动力学（weakly compressible smoothed particle hydrodynamics,WCSPH）方法,对弗劳德数Fr=1.68～6.08和不同波长与波高(S/t）之比的三角形波状底板上的水流流态、流速云图以及流速矢量图、共轭水深、消能率等水跃特性进行模拟研究。经对比分析：数值模拟结果与试验结果吻合较好;三角形波状底板表面会产生顺时针漩涡增加能量耗散,提高消能率,其水跃长度比光滑底板的小,且消能效果优于光滑底板。通过分析不同工况的水跃特性,确定了最佳三角形波状底板,其可使共轭水深和相对水跃长度分别降低14.15%和24.83%,而消能率比光滑底板提高48.52%。     

基于SPH消力池内陡坡水跃的数值模拟

为了满足明渠水流入流的边界条件,扩展SPH方法在明渠恒定流模拟中的应用,本文建立SPH方法的出入流模型,通过设置相应的出入流边界条件,研究不同坡度下消力池内陡坡水跃特性。针对两种不同流量,对斜坡坡角θ分别在20°、30°、45°条件下的陡坡水跃进行数值模拟。模拟结果与文献中的实验结果进行对比分析,结果表明:出入流模型能为陡坡水跃的数值模拟提供稳定的水流。各陡坡不同流量下水面线的变化趋势基本相同,误差均在±10%内;相同坡角时,单宽流量为0.063 m~2/s的消能效果均大于单宽流量为0.105 m~2/s的消能效果。该方法处理出入流边界简单,合理准确,能够较好地模拟不同坡度下消力池内陡坡水跃,得到陡坡水跃特性,具有一定的可行性和可靠性。     

基于CSPM方法对二维管嘴出流的数值模拟

针对传统SPH方法计算效率低和计算精度差的问题,采用CSPM方法对二维管嘴出流问题进行了数值模拟,利用机群进行并行计算。结果表明:通过计算可得出一定精度的二维管嘴出流流态、出口断面流速、管嘴内压强分布以及水平喷射距离,并且证明了CSPM方法可以改善传统SPH方法数值不稳定性。所得成果可为同类研究提供参考。     

基于SPH法的正弦形消力池底板水跃现象数值模拟

利用光滑质点水动力学法(SPH方法)对正弦形消力池底板上的水跃现象进行数值建模,共模拟2种波形5种工况。将SPH方法的模拟值与已有文献的试验值作对比,验证数值模型及数值方法研究此类问题的可行性和适用性,并分析水面线、流速分布、跃长、共轭水深、消能率等水跃特性的变化规律。结果表明:SPH方法模拟结果与试验结果吻合度较高;水跃段流速分布不均匀、自由表面波动较大,且流层间存在相对运动从而形成旋滚,同等条件下随着弗劳德数的递增,掺气量和自由表面破碎现象越来越剧烈,旋滚的影响范围逐渐变大;正弦形底板消能率较光滑底板提高10%左右且所有工况消能率均在47%以上。     

基于Fluent的混凝土面板堆石坝渗流的数值模拟

针对修建在深覆盖层地基上的大坝的渗流控制问题,利用Fluent中的User-Defined Function(UDF)模块进行二次开发,通过C语言编写,加载到Fluent以及多孔介质模型的应用中,采用有限体积法进行基于Fluent的大坝渗流的数值模拟。通过对不透水地基上的均质坝渗流和有压地基渗流的模拟,验证了渗流模拟与试验相比具有相当高的吻合度,其中均质坝渗流模拟中浸润线求解的相对误差最大不超过1.19%;有压地基渗流模拟中流速相对误差在5%之内;渗流量和渗透压力相对误差均在1%上下。相较而言,UDF法模拟结果更加精确,说明UDF法具有更高的理论精度。应用UDF法对某水库混凝土面板堆石坝进行渗流模拟,得出了浸润面与流线图、水头分布等值线图,得到了很好的模拟结果。     

基于SPH方法的阶梯式溢洪道消能特性研究

为了研究阶梯式溢洪道的消能特性,本文通过二维建模的方式,利用光滑质点水动力学方法(SPH)对31阶阶梯式溢洪道的水流进行数值模拟,将模拟值与试验值进行了对比,并针对2种台阶数目和4种单宽流量共计8种工况,对不同工况的阶梯式溢洪道沿程水深、水流流速以及消能率进行了分析。结果表明,31阶阶梯式溢洪道水流的水面深度、流速和压强模拟值与试验值吻合较好;36阶和60阶阶梯式溢洪道沿程水深和水流流速与单宽流量呈正相关趋势,随着单宽流量的增加而增大,且在水流稳定之后,水面深度和流速都会维持在某一个值附近;而阶梯式溢洪道消能率沿程逐渐增大并在最后一级台阶处达到最大值。同时,当溢洪道体型一定,消能率随着单宽流量的减小呈上升趋势,当单宽流量减小至0.1283m2/s,36阶和60阶阶梯式溢洪道的消能率分别达到了83.67%和82.86%。     

水文预报因子选择中两种不同方法的对比分析

鉴于合理选择预报因子和预测方法是提高中长期水文预测准确性的重要环节,以青海省西宁市为例,采用单相关系数法和相关概率法对气温和降水资料进行相关性分析,并在此基础上进行线性和非线性回归预测。结果表明,在给定95%置信度条件下两种相关性分析方法均通过检验,气温和降水线性相关显著,可将气温作为预报因子进行降水预测,但线性回归预测结果不理想,而采用最小二乘支持向量机的非线性方法预测结果较理想。     

基于SPH的台阶式溢洪道最优消能率参数研究

为研究台阶式溢洪道的消能规律,明确台阶式溢洪道的最优消能率参数,利用DualSPHysics对台阶式溢洪道水流特征进行模拟,并通过与典型案例的对比分析验证了SPH方法对台阶式溢洪道水流模拟的适用性与准确性,模拟结果表明SPH方法可以较好地模拟台阶式溢洪道上的水流特征。通过建立不同单宽流量、台阶段坡度和台阶数目的共计288种工况对台阶式溢洪道消能规律及其影响因素进行了研究。结果表明：在其他条件一定的情况下,台阶式溢洪道的消能率与单宽流量呈负相关关系;台阶数目对台阶式溢洪道消能率的影响并不显著,但是存在一个台阶数目能使台阶式溢洪道的消能率达到最大值,该最优消能率对应的台阶数目在78~81阶范围内,此结论对指导实际工程应用有一定的参考价值。