基于Herschel-Bulkley流变模型的滑坡涌浪数值模拟方法研究

山区水库滑坡涌浪灾害严重威胁库区航运、水工建筑物及沿岸城镇的安全,针对这类次生灾害进行预测和早期防范具有重要意义。滑坡冲击水体形成涌浪的动力过程十分复杂,对其进行准确模拟一直是近年来的研究热点。本文将滑坡视为由流体化物质组成的一类连续的特殊流体,在满足连续方程和动量方程的基础上,引入Realizable k-ε紊流模型和VOF模型,采用自定义函数程序控制滑坡流变特征和底部摩擦阻力,利用有限体积法模拟了Lituya海湾滑坡涌浪运动的全过程,数值模拟得到的涌浪生成形态、速度矢量场与试验结果吻合较好。通过对库区滑坡涌浪开展三维数值模拟,定量获得了不同时刻下库区内涌浪的运动信息。结果表明,涌浪在狭窄顺直河道内传播时波高衰减缓慢,波形类似于孤立波,而在库区弯道地形影响下波幅会迅速衰减。论文研究成果可为科学制定涌浪灾害应急预案和紧急避险方案提供依据。     

溢洪道闸墩后水翅的水力特性及消减措施研究

为研究如何避免溢洪道泄洪过程中,闸墩后生成的水翅会给泄洪安全带来诸多不利的影响。本文利用量纲分析和物理模型试验方法,对溢洪道闸墩后水翅的水力特性和消减措施开展研究。试验结果表明,影响水翅长度和高度的主要因素有闸墩尾部出口处的弗劳德数Fr_0、溢洪道坡度i、闸墩宽度等;在相同泄流条件下,若泄槽坡度变小,水翅长度也随之减小,而水翅高度却相应增加;当弗劳德数Fr_0介于2.3与2.8之间时,闸墩后的水翅长度和高度均显著增大。试验还发现水翅的长度、高度与闸墩后泄流下跌角度α有关,当α增大时,水翅长度和高度也随之增大;当α较小时,水翅现象明显减弱或消失。研究结果为实际工程消除水翅现象提供了新思路,提出的复合式斜尾墩比传统四棱台型尾墩能更好地避免水翅发生,对改善溢洪道、泄洪洞闸墩后的水流流态具有参考价值。     

表中孔水舌空中碰撞消能率的另一计算方法

本文根据动景定理及上下游水流总能量守恒提出了一种新的表，中孔水舌空中碰撞消能率的计算方法，所给公式概念清楚，较真实地反映了工程实际，并结合模拟试验给出了一个算例。     

表孔泄洪的水气二相流数值模拟

采用水气二相流VOF法数学模型对表孔泄洪进行了二维数值模拟，并与模型试验值进行了比较，二者吻合良好，表明该模拟方法是可行的，可为工程设计提供参考。     

挑流消能雾化范围的预估

根据所搜集到的泄洪雾化原型观测资料以及部分模型试验资料,在综合分析了影响雾化范围的各种因素的基础上,探讨了挑流消能雾化降雨区范围的粗估方法。分析结果表明：１）鼻坎水头与雾流降雨区范围之间存在一定的关系,在现有资料范围内,二者之间呈近似线性关系;２）空中碰撞消能导致雾化范围增加,在现有资料范围内,空中碰撞与不碰撞的挑流消能的鼻坎水头～雾化范围关系基本呈两条不同的线性分布;３）雾流降雨区宽度与长度之间存在近似正比关系。据此．文中给出了雾流降雨区长度与宽度的粗估公式。     

构造非线性演化方程精确解的一个新方法

基于辅助方程提出一种求解非线性演化方程的一个新方法,该方法简单易行且具有一定的普适性,根据不同的参数可给出各种形式的精确解,从而有助于探索非线性方程的新解及其性质。并以mkdv方程为例,得到了其多组精确解,包括Jacobi椭圆函数解及Weierstrass椭圆函数解等,除涵盖了以往结果,还给出一些新解。     

高速明流泄洪洞的通气量分析与研究

对于高速明流泄洪洞的进气量和出口的出气量,通过模型试验,从宏观方面进行了数据分析与研究.研究结果表明:泄洪洞中闸室的进气量并不是随着泄洪洞水体流量的增加而增加,而是与闸门后水流的Fr相关;泄洪洞内由水流的自掺气引起的进气量随着水流的Fr增大而增大;在泄洪洞的出口,当库区水位一定时,随着中闸室闸门的开度的增加,出气量随水流的Fr的增大不断增加,然而当达到某一临界值后开始急剧减小;当闸门全部开启后,随着库区水位的上升,出气量随水流的Fr的增大不断减小;出口断面处水体的掺气浓度随水流Fr的增大而增大.     

90°圆形弯管三维紊流数值模拟

采用κ-ε紊流模型对90°有压圆形弯管过流的水力特性进行数值模拟计算,得到了管道内压力、速度以及流线分布等值线图,根据能量方程对模拟计算结果进行验证显示二者吻合良好.研究表明,本模拟计算方法对有压管道的计算有较高的精度,可以成为有压管道水力特性研究的重要手段.     

数值模拟在溢洪道体形优化中的应用

利用k-ε双方程紊流模型,采取瞬态PISO算法求解压力—速度耦合的方法,结合VOF追踪自由表面对溢洪道体形进行数值模拟优化,得到了溢洪道内流态、沿程水深和底板压力的分布。通过物理模型试验验证,两者结果吻合较好,说明数值模拟方法能方便地应用于溢洪道体形优化。     

采用数学模型模拟拱坝泄水中孔的过流能力

本文针对目前大量应用的恒定流紊流数学模型必须给出流速的人流边界条件,而实际孔口泄流的入流流速和过流能力均未知的问题,通过调整入流流速,直至坝前距入口较远处满足静压分布的方法,得到孔口泄流能力和相应的入流速度。其结果与物理模型试验值基本一致。