动床k—ε紊流模型研究

紊流ｋ－ε模型是近２０年发展起来的，并较适于模拟紊流运动的数学模型之一，它的特点是，用紊动动能ｋ和紊动能量耗散率ε来表征紊流的局部状态并封闭雷诺方程式。本文在紊流ｋ－ε模型和窦国仁悬沙冲淤模式的基础上，提出二维动床紊流ｋ－ε模型。并据此计算在明渠水流中设置方墩以后的河床冲淤变化。计算结果表明，该模型所预报的水流流态和河床冲淤部位与实际情况基本一致，且特别适用于有回流分离区的局部河段的河床变形的计算     

悬沙淤积问题的湍流液固两相流动的数值模拟

本文从湍流两相流动基本理论出发，建立了挟沙水流的湍流液固两相流动的时均方程组和封闭模型．结合实际工程建立了定常悬沙淤积的二维水深平均的全场模型以及准三维模型．数值预报与潮汐水流物模试验比较表明：二维水深平均的全场模型模拟所得回流区内旋涡外缘的悬沙淤积量大于涡心处的悬沙淤积量，这一数值预报结果与物模试验结果不符，说明二维水深平均全场模型不适宜于预报悬沙淤积；准三维模型模拟所得回流区涡心处的悬沙淤积量大于旋涡外缘处悬沙淤积量而且回流区中的悬沙淤积厚度的数值预报结果与物模试验结果比较接近，这说明准三维模型用来预报回流区的悬沙淤积是可行的．     

悬沙淤积问题的湍流液-固两相流动的数值模拟

本文从湍流两相流动基本理论出发，建立了挟沙水流的湍流液-固两相流动的时均方程组和封闭模型.结合实际工程建立了定常悬沙淤积的二维水深平均的全场模型以及准三维模型.数值预报与潮汐水流物模试验比较表明：二维水深平均的全场模型模拟所得回流区内旋涡外缘的悬沙淤积量大于涡心处的悬沙淤积量，这一数值预报结果与物模试验结果不符，说明二维水深平均全场模型不适宜于预报悬沙淤积；准三维模型模拟所得回流区涡心处的悬沙淤积量大于旋涡外缘处悬沙淤积量而且回流区中的悬沙淤积厚度的数值预报结果与物模试验结果比较接近，这说明准三维模型用来预报回流区的悬沙淤积是可行的.     

动床k-ε紊流模型研究

紊流k-ε模型是近20年发展起来的、并较适于模拟紊流运动的数学模型之一,它的特点是,用紊动动能k和紊动能量耗散率ε来表征紊流的局部状态并封闭雷诺方程式。本文在紊流k-ε模型和窦国仁悬沙冲淤模式的基础上,提出二维动床紊流k-ε模型。并据此计算在明渠水流中设置方墩以后的河床冲淤变化。计算结果表明,该模型所预报的水流流态和河床冲淤部位与实际情况基本一致,且特别适用于有回流分离区的局部河段的河床变形的计算。     

黄河下游河道水文水动力学泥沙数学模型研究

在水文学模型研究的基础上，根据对黄河下游河道输沙规律的认识，结合水动力学理论，进一步建立了流量演进、河道输沙能力、主槽糙率调整、分组沙冲淤和复式断面形态调整等复杂问题的计算方法，开发研制了黄河下游河道水文水动力学泥沙数学模型，经大量的实测资料验证，模型可以适应不同的水沙条件和河道边界条件，具有较高的计算精度，可氏水库调度运用等生产研究提供的计算依据。     

秃尾河水沙冲淤特征与变化趋势分析

依据实测资料，分析了秃尾河水沙冲淤特性；并考虑流域内的相关项目，对秃尾河水沙特征及河道冲淤变化做出了预测。研究表明：秃尾河基流主要来源于上中游风沙区，洪水主要来源于下游黄土丘陵区，水量丰沛，季节分配均匀且年际变化小；河道上游呈淤积状态，下游洪水期会发生明显冲刷但总体冲淤平衡；并认为秃尾河将出现流域产水减少，河道调整等变化。     

波浪潮流共同作用下长兴岛海区二维悬沙输运数值模拟研究

根据近岸地区波浪、潮流与泥沙运动的规律,把波浪运动概化为在潮周期中具有时均意义的波浪流分布场,将波浪辐射应力以及波流底部剪切应力耦合到潮流运动方程和悬沙输运方程中,建立了非结构网格下近岸波浪和潮流共同作用下的二维悬沙输运数值模型。时间离散采用欧拉向前格式,空间离散采用有限体积法的显式格式。将模型应用于矩形海湾实验和大连长兴岛附近海区悬沙冲淤过程的实际算例。结果表明:波浪对潮位影响很小,但是对近岸流速有较为明显的影响;波流共同作用对近岸泥沙浓度影响比单纯考虑潮流作用可提高40%～100%的幅度。     

外秦淮河武定门闸上游减淤物理模型试验

针对南京市外秦淮河武定门闸上游近年来发生泥沙淤积严重的问题,建立了武定门闸河段物理模型,设定两种方案进行悬沙冲淤试验,分析偏转角为15°的导流墙工程对闸上游的减淤作用。结果表明:方案1(将闸门至上游60 m开挖至设计断面),设置导流墙后,经过2年8个月的水沙过程,整治段淤积量减少30.4%;方案2(将闸门至上游240 m开挖至设计断面),设置导流墙后,经过1个典型水文年,整治段淤积量减少50.8%,经过2个典型水文年,淤积量减少44.0%,减淤幅度下降,河床趋于形成新的冲淤平衡,断面地形也趋向于均匀分布;设置偏转角为15°的导流墙对武定门闸上游河道有显著的减淤作用,有助于提高河道的过流能力。     

引黄灌区非均匀沙运动数学模型研究

泥沙问题是制约引黄灌区可持续发展的重要因素，灌渠的规划设计阶段和日常的运行管理中都需要掌握渠道的泥沙冲淤情况。本文根据一维水流非均匀沙运动方程，结合灌区灌溉特点和测量资料情况作了概化处理，建立了适合于灌区的非均匀沙冲淤计算的数学模型。模型中考虑渠系沿程的分水分沙和冲淤交换，将断面流量按渠段划分并计算，悬移质泥沙按粒径分组计算，根据分组水流挟沙力和非均匀悬移质不平衡输沙公式计算泥沙含沙量。模型采用山东簸箕李灌区的实测资料进行验证，表明模型可用于预测不同来水来沙条件下非均匀沙在渠道内的运动淤积分布情况。     

几何变态模型中悬沙输移相似性研究

物理模型中研究泥沙输移与河床冲淤变化等有关问题时，为保证模型物理现象与原型相似，模型设计需遵循一定的相似准则，几何变态模型，由于紊动在纵向对流和垂向扩散的相似性难以统一，至今悬沙沉速比尺的设计尚存在一定矛盾，本文从悬沙运动扩散方程的解析解出发，分析了模型几何变态对淤和量和淤积部位相似性的影响，提出了估计模型与原型的偏离性和偏离程度的方法，最后，在导出了二维扩散方程近似解的基础上，提出了合理地设计悬沙沉速比尺的方法。     

往复流作用下悬移质泥沙运动规律的数值研究

本文从水沙两相紊流的双流体数学模型出发,采用直接数值计算的方法,研究了海床面附近边界层内往复流对悬移质泥沙运动的影响。研究方法的有效性通过典型问题的流速分布、紊动能量分布以及泥沙浓度分布的计算结果和实验观测结果的比较得到了良好的验证。本研究还探讨了往复流条件下各类相间作用力的时空变化规律及其对悬移质泥沙运动的影响。     

水沙两相流中泥沙相的紊动扩散特征

为研究恒定流和往复流饱和输沙情况下的泥沙扩散系数的规律,此文根据水沙两相紊流理论建立一个适用于全沙输移的二维数学模型,并利用物理模型试验的结果验证数学模型的正确性。研究表明,恒定流中水面处给定紊动动能为0的条件和给定紊动动能梯度为0的条件时,扩散系数的分布形式有很大的不同,但两种条件下浓度沿水深的分布没有明显的差别。往复流中泥沙扩散系数在水深方向上受浓度分布和往复流边界层内紊动特征的影响,呈现出一种十分复杂的时空变化规律。     

挟沙水流中石油类污染物输移转化的数值模拟

利用一维数学模型模拟了挟沙水流中石油类污染物输移转化现象。在所使用的数学模型中引入了基于固-液两相流基本守恒关系得到的吸附态、溶解态污染物输移转化方程,用以反映泥沙运动、河床冲淤与污染物输移转化的强耦合过程。文中对水槽及天然河流中石油类污染物输移过程的模拟结果表明,本文结果较好地反映了泥沙运动、河床冲淤对污染输移的影响,可用于挟沙水流中石油类污染物输移转化的模拟。     

波浪作用下悬移质泥沙运动的两相流数值模型

该文采用基于水沙两相紊流的数值模型对波浪作用下的悬移质泥沙运动进行研究。基本方程中将水相和颗粒相通过相间作用力进行耦合,合理地考虑了相间相对运动的影响。数值计算方法为有限体积法,对流项处理利用了三阶精度的QUICK格式,离散方程组求解采用的是TDMA迭代方法。计算得到的悬移质泥沙垂线时均计算值与不同尺度的水槽实验数据吻合很好,表明数学模型及其计算方法对于低浓度水沙两相问题是合理的。该研究还探讨了悬沙浓度、泥沙沉降速度以及各种相间作用力随时间的分布规律。     

挟沙水流紊动结构

挟沙水流的紊动结构是十分复杂的研究课题。本文中首先综述了有关清水水流的紊动结构中有代表性的几种研究途径及其存在的问题，进而对挟沙水流的紊动结构进行了综合评述。     

挟沙水流的运动机理和输沙能力

本文是作者和一些同志近年来所进行挟沙水流的水流和泥沙运动机理和输沙能力研究成果的概括。内容包括：把挟沙水流运动视为统一体的观点；悬移质流速分布、浓度分布以及悬移质输沙率计算模式的讨论；作为推移质运动主要运动形式的颗粒跃移的运动机理以及对于Ｂａｇｎｏｌｄ推移质输沙率公式的修正等     

沙坑局部含沙水流特性的数值模拟研究

分析了FLUENT流体商业软件用于河流动力学问题研究的难点和可行性,应用混合物模型对存在矩形沙坑的河道分清水和含沙水流2种情况进行了数值模拟并对比分析。计算结果表明:水沙耦合计算模式的混合物模型可以较好地模拟河道中的水沙两相流输移现象;泥沙相对流体的动量影响明显,且降低了收敛速度;泥沙会抑制水流的内部紊动。沙坑内部拐角处会形成涡旋的次生流,造成向上游的溯源冲刷和下游的淤积。     

挟沙水流紊动结构研究现状及进展

本文系统总结了清水、低含沙水流和高含沙水流的紊动结构研究现状：包括研究理论与方法、试验手段、现有成果与存在的分歧。提出有特研究的问题。     

冲积河流的水流挟沙能力

在前人研究成果的基础上分析了水流挟沙的物理模式，以挟沙水流紊动能量方程为理论基础，得出了紊动能产生项和粘性耗散项的表达式，由此推导出适用于水流的紊流三区(光滑区、过渡区和粗糙区)的挟沙能力计算式，依据天然河流实测资料和室内水槽试验资料，验证了该水流挟沙能力计算式．针对该计算式分析了影响水流挟沙能力的因素．     

复式断面河槽流速横向分布及其对滩唇形成的影响

通过对水流微小控制体进行受力分析,建立了复式断面流速横向分布模型,该模型考虑了侧向副流惯性力的影响。采用实验资料对该模型进行检验,模型计算值与实测值符合较好。运用该模型计算了不同条件下复式断面流速和挟沙力的横向分布,并定量分析了横向分布特性对滩唇形成的影响。分析表明,水流漫滩时,复式断面的横向挟沙力变幅较大,尤其是在主槽和河漫滩交界处,挟沙力减小迅速,而含沙量减小相对较小,泥沙发生淤积,容易形成滩唇。单从水流挟沙力角度考虑,水流漫滩后水深越小、滩槽的糙率差越大,越容易形成滩唇。