单臂回转艇筏吊架托盘的有限元分析与优化设计

运用有限元方法对单臂吊艇架吊臂托盘在不同的工况下进行分析计算,指出了传统设计的不足,并在有限元分析的基础上对托盘结构进行改进,对各个部分的厚度进行优化,为托盘的设计提供了依据.     

泄水建筑物下游冲刷坑二维数值模拟

对巨亭水电站泄水建筑物下游局部冲刷过程进行了二维数值模拟。采用RNG k-ε湍流模型封闭N-S方程、有限体积法在计算网格上离散求解、VOF方法追踪自由水面;采用C语言编写用户自定义函数,以泥沙起动切应力作为床面泥沙起动判别标准,通过分析比较水流剪切力与泥沙起动切应力大小,用以控制冲刷坑底部边界变化;采用局部重构模型和弹簧光顺模型更新计算区域和网格质量,藉以模拟和追踪局部冲刷坑边界变化。研究表明,模拟结果与实测资料符合良好。在冲刷坑的冲刷过程中,床面剪切应力随着冲刷的进程急剧减小,湍动能随着冲刷的进程减小缓慢;床面剪切应力和湍动能沿程变化均较为剧烈,床面剪切应力沿程先增大后减小,床面湍动能则沿程减小。冲刷坑的纵向平衡形态或床面泥沙起动主要决定于床面剪切应力,床面湍动能对泥沙起动也具有重要影响。     

基于概率统计理论的泥沙起动流速研究

为充分考虑泥沙起动的随机性,基于相对暴露度概率密度分布,结合瞬时水流流速及床面泥沙颗粒排列的随机特性,并采用泥沙滚动起动模型,建立了适用于散粒体及黏性细沙统一起动流速公式。通过与实测资料及经典的泥沙起动公式比较发现,本文公式计算值与实测资料吻合更好,验证了该公式在预测散粒体及黏性细沙起动流速的可靠性和优越性。     

比重瓶法测验低含沙量误差分析

在河流水文测验、河工模型试验、水质评价及工农业取水中,通常采用比重瓶法测验含沙量。在含沙量较小时,因水中溶解质含量较大,用比重瓶法测验得到的含沙量往往大于实际含沙量,但测验者常常怀疑测验过程或测验仪器出现误差,而忽略其真正原因。通过某城市供水沉沙池试验的含沙量测验发现,影响低含沙量测验误差的潜在原因就是浑水中溶解质含量,它对含沙量的影响远远大于水体自身含沙量;此外,温度测验误差对含沙量的影响较大,并且含沙量越小,温度测验误差对含沙量的影响越大。基于此,提出了比重瓶法测验低含沙量的改进方法,得到了与烘干法基本一致的测验结果,为低含沙量测验提供了一些借鉴和参考。     

正负坡上均匀散粒体泥沙起动流速的研究

基于泥沙颗粒间相对暴露度及起动概率对泥沙起动的影响,引入附加质量力,采用泥沙滑动起动模型,推导出适用于正负坡条件下不同起动概率的泥沙起动底流速公式和垂线平均流速公式。在此基础上,引入泥沙颗粒形状修正系数。经实测资料验证,修正后的泥沙起动流速公式计算结果与实测资料吻合良好,不仅适用于均匀泥沙起动,还可以适用于非均匀泥沙起动。与已有的起动流速公式相比,本文公式形式简单,计算精度较高,可以应用于天然河流条件下非均匀泥沙起动流速计算。     

泥沙不同起动模式的起动概率对比分析

基于颗粒间相对暴露度的分布规律,确定了河床近底水流流速有效作用点高度yb和近底时均流速。在此基础上,分别比较了滚动模式、滑动模式和跃移模式下泥沙临界起动平衡条件,推导出了三种起动模式下的起动概率。经分析发现:在床面泥沙颗粒处于相对暴露度均值为0.16状态下及同样的水流条件下,泥沙滑动模式和滚动模式起动概率处于同一量级,滑动模式更容易起动,跃移模式最难起动;当水流强度较小时,泥沙颗粒以滚动(间或滑动)模式起动为主,反之,以跃移模式起动为主。     

床面泥沙位置特性试验研究——暴露角、纵向水平间距及相对暴露度概率密度分布

通过自行设计的试验装置,测量并分析了随机堆放条件下均匀玻璃球纵向水平间距、暴露角及其概率密度,推导了相对暴露度概率密度分布。结果表明,暴露角服从正态分布,取值范围为[0°,90°];纵向水平间距符合波形分布,与程年生的试验结果基本一致;在纵向水平间距取值介于[0,D]时,纵向间距、暴露角及相对暴露度之间存在着确定关系,三者概率密度函数可以相互转化。从暴露角正态分布公式推导出的纵向水平间距(取值0~D)概率密度分布曲线与实测值吻合良好;从暴露角正态分布公式推导出相对暴露度Δ'的取值范围为[0,0.5],概率密度分布服从正偏态分布。     

当卡水电站下游局部冲刷三维数值模拟研究

为预测闸坝下游局部冲刷坑形态和发展,基于Fluent动网格技术对当卡水电站下游局部冲刷进行了三维数值模拟。采用VOF水-气界面追踪方法来处理闸坝下游冲刷坑内复杂的自由液面,将床面瞬时剪切应力作为泥沙起动及运输的水动力学条件,计算出不同方向上床底泥沙单宽体积输沙率,以此为基础得到河床高程坐标的瞬时变化;采用改进的泥沙起动临界剪切应力计算公式,有效地避免了床面坡度接近泥沙休止角时造成的输沙率数值计算的异常;采用弹簧光顺模型及局部网格重构模型实现了闸坝下游局部冲刷坑的三维演化过程。通过分析对比冲刷坑最终形态表明,数值模拟值与模型试验实测值吻合良好,说明数学模型计算准确,结果可信。     

平底突扩断面水跃共轭水深分析计算

基于平底突扩水跃形成机制,认为突扩断面回流区平均水深取决于突扩断面上游渠道的能量水头及断面突扩比等。假定突扩断面回流区平均水深等于突扩断面上游渠道能量水头乘以修正系数,通过实测资料分析,建立了修正系数与上游渠道弗劳德数以及断面突扩比的关系式,并将突扩断面回流区平均水深代入平底突扩水跃共轭水深一般方程,得到了跃后水深计算公式。经实测资料验证,本文跃后水深计算公式计算结果与实测资料符合良好,误差较小。