田市抽水站进水前池水力特性数值模拟

借鉴有关弯道水流流速分布的研究成果,计入弯道环流引起的横向动量交换,对曲线坐标系平面二维浅水方程做了修正;采用边界处正交的曲线网格生成技术,处理复杂的计算区域边界。采用修正后的模型对田市抽水站进水前池改造前后的水流流态作模拟分析,来验证改造设计方案的合理性。     

用格子Boltzmann方法模拟平板层流边界层流动

本文应用格子Boltzmann方法模拟了平板层流边界层流动。考虑到平板边界的影响，我们对模型进行了修正，在标准格子Boltzmann方程中引入压力修正项。该项满足一定的假定条件，从而消除了压缩性引起的偏差。作为算例，我们用修正的模型计算了平板层流边界层流动，并与经典的Blasius解及Lavallee的格子气自动机结果进行了比较，结果是可以接受的。     

黄河大柳树—沙坡头河段典型弯道水流运动平面二维数值模拟

建立了适体坐标系下的平面二维紊流水流数学模型,对黄河在宁夏回族自治区中卫市境内的大柳树—沙坡头河段典型弯道的水流运动进行数值模拟。为了反映弯道环流的影响,对动量方程进行修正,紊流模型采用修正的RNGk-ε模型。通过对黄河大柳树—沙坡头河段连续弯道水流运动数值计算结果与实测结果的对比分析,表明该模型能够准确地模拟具有复杂地形的天然河流弯道中的水流运动。利用所建立的模型计算了4种典型工况下水面的纵比降和横比降,得到一些有益的结论。     

三维水流河床变形数学模型

本文针对三维水流所具有的紊动各向异性，不规则边界及自由表面和动床问题。采用修正的Ｋ－ε模型封闭Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程作为紊流控制方程；引入通度概念处理不规则边界；引用ＶＯＦ法追踪自由表面；根据冲刷过程的物理特性推得冲刷坑的发展规律并用前人公式及试验资料验证。最后，作为例子就南水北调中线方案名河渡槽河段的流场和河床变形进行数值模拟，给出了一些工程上有用的结果。     

弯道水流的两步隐式算法研究

采用优于SIMPLEC算法的两步隐式解法求解二维曲线坐标系下的浅水方程,建立了二维弯道水流数学模型。对流项采用二阶精度的Roe格式离散;物理变量采用适体坐标系下的同位网格布置,网格界面流速由动量插值法计算;紊动黏性系数由修正的k-ε模型确定。采用此模型对弯道内的水流流动进行了数值模拟,计算结果和实测数据吻合较好。     

小宽深比U型弯道环流试验研究

采用多普勒超声测速仪(ADV),对小宽深比的U型弯道沿程断面上各不同垂线位置上的点进行了三维流速测量,并基于所测数据分析了主流线位置、横向流速沿垂线分布、环流结构以及环流强度等水力特性。研究结果表明:在60°断面后,水流的表层与底层主流线开始分离,形成复杂螺旋结构。水流进入弯道后,沿程各断面均形成一逆时针主环流,并且从75°断面开始,凹岸表层又出现与主环流方向相反的次生环流;环流强度最大值位置出现在弯道弯曲度1/3处附近。研究结果为进一步深入研究弯道水流紊动特性和泥沙运动提供了有效参考。     

不规则波和方向谱在有定常流条件下折射－绕射问题的数值模拟

本文采用Ｋｉｒｂｙ所推导之含流缓坡波波动方程式为基础，并应用不规则波按时间序列处理之概念，引入Ｋｕｂｏ之不规则波解析理论，推导出描述不规则波与流相互作用之缓坡波动方程式。并用此方程式采用有限差分法对不规则波和三维方向谱与流相互作用问题进行了数值计算，得到了与物模实验数据较吻合的计算结果。     

分流对弯道水流紊动强度影响的试验研究

采用先进的三维超声波多普勒流速仪（ADV）对不同分流比情况下弯道水流紊动特性进行了系统的试验研究。根据试验数据,探讨了不同分流比工况下弯道水流的紊动机理,分析了其紊动特性,同时对紊动强度分布特点进行了比较。     

处理二维浅水流动中动边界问题的淹没节点法

针对浅水流动中的动边界问题，本文设计一种淹没节点方法，根据网格单元各节点的被淹没情况，即单元水面高程和各节点高程的差值，对单元平均水深和单元界面处平均水深进行修正，运用高精度无振荡的FDS格式和有限体积法求解含有动边界的二维浅水方程。除对单元水深和界面水深进行修正外，离散方程形式与传统方法相同，实现过程简单。应用该方法对两个典型算例进行了数值模拟，模拟结果分别与其他学者的模拟结果和精确解高度吻合。表明本文方法精度较高、实现过程简单、可以有效解决浅水方程的间断、动边界和河床起伏问题。     

平原冲积河流及潮汐河口的河床形态

本文试图从流域、河流及河口的整体观点出发,应用河流动力学的基本规律和方法,从理论上探讨冲积河流及其感潮河口段的河床形态.考虑到平衡河床或接近平衡的河床应当能够在一定时间内排泄全部来水量和来沙量(包括涨潮期间由海口进入的潮水量和沙量),利用连续方程式、输沙平衡方程式、动力方程式及河床最小活动性方程式,导得河床水力几何形态关系式.文中引用了许多河流和潮汐河口资料以及部分渠道资料对公式进行了验证.在此基础上对断面形态、放宽率和纵剖面形状进行了讨论,明确了它们与来水、来沙及河床边界因素的定性和定量关系.文中提出了描述河床活动性的综合指标,并给出了指标的大致数值.     

用控制体法进行河道洪水数值模拟

本文用控制体法从质量守恒和动量守恒原理出发导出计算河道洪水的基本方程式,为适应复杂的边界形状和河床地形,文中对非正交不规则形网格的应用和技巧作了论述。文中建议了一种非完全的稳格,以太子河某河段为算例和显格式计算结果作了对比。文中还论述了河道中有桥涵,道路,套堤等建筑物时的方法,对水位涨落过程中滩地出露的动边界计算问题的了论述。     

掺气紊动水流基本方程式的应用

本文给出了掺气水流的运动、连续、质量平衡、动量及能量诸基本方程式.考虑了在运动方程式中出现的浓度紊动应力项的重要意义,应用普兰特紊流的混合长度理论,对二元明渠掺气均匀水流的流速分布公式进行了推导.在邻近渠底部分,紊动受底边界约束,混合长度与对底距离成正比,流速分布与通常均质紊流相似,为对数曲线.在邻近水面的部分,紊动自由,混合长度为常值,流速分布为直线的.二分布式均与已有的试验结果符合.文中还继续根据分布式给出了谢才系数依据水流倾角、雷诺数、断面平均掺气浓度及渠底掺气浓度而变的表示式.     

丁坝挑角对弯道防护的影响

本实验以曲线型交汇口弯道防护为出发点,研究挑角不同时丁坝群对曲线型交汇口弯道的影响。以曲线型交汇口弯道中布置丁坝群为研究对象,采用物理模型试验,主要分析非淹没丁坝在相同流量、不同挑角工况下对曲线型交汇口处弯道自由水面形态、纵向流速分布、纵向紊动强度分布的影响。研究表明,在弯道凹岸布置丁坝群后,可以束窄水流,调整、优化流速分布,改变弯道水流的自由水面形态。当丁坝挑角改变时,对弯道防护也在改变,探究出在丁坝挑角约为45°时对弯道的保护达到最优。     

掺气坎射流出射角的修正方法

掺气坎后射流出射角受到来流水深和射流紊动扩散的影响,不等于挑坎的挑角,计算掺气空腔长度时,应该对出射角进行修正。而目前采用的考虑紊动扩散对出射角影响的修正方法存在不合理的假设。考虑到坎末水流流态为充分发展的紊流,射流边缘处于紊动能耗散区,提出了一种紊动扩散对出射角影响的修正方法。采用该方法计算的射流紊动扩散角与试验结果更吻合。对出射角修正后,结合简单的抛射体公式,就能较精确地估算掺气空腔长度。     

中国利用弯道环流取水防沙的若干经验

本文详细论述了弯道环流的研究成果，其中包括了作者对典型河弯的定床和动床的水沙运动规律的研究。     

弯曲河道纵向垂线平均流速平面分布的研究

本文以弯道水流运动方程作为分析的基础，根据弯道水流纵向流速沿垂线分布在凸岸区域眼从对数分布律，在四岸区域眼从抛物分布律，导出了分区域变自率动床弯道水流纵向垂线平均流速计算公式，并从理论上对河湾纵向垂线平均流速的横向分布和沿程变化规律进行了分析，同时给出了适用于定半经弯道的纵向垂线平均流速平面分布公式的简化形式。最后采用美国ＦａｌｌＲｉｖｅｒ野外水流观测资料对纵向垂线平均流速计算公式进行了验证计算，结果令人满意。     

黄河河槽糙率异常原因及其解决途径

通过理论分析和实测资料计算,阐释了黄河糙率异常现象并对其偏小的原因背景进行了剖析,认为导致黄河河槽糙率异常的主要原因,首要是套用清水定床条件下的时均流阻力计算公式,其次是计算所用水文实测资料难具代表性;同时指出曼宁公式无法良好适用于动床阻力计算,已有的动床阻力研究成果在理论上进展有限,也难有实用性强或精度高的计算公式;进一步通过阐述水深指数的影响因子及表达形式,提出了解决黄河河槽糙率异常的修正途径,使修正后糙率的点群关系得到改善,物理含义也得到保证。最后,根据本文方法修正后的花园口水文站糙率资料,建立了糙率同流量的经验关系式,进而可连同动床阻力修正公式预测不同来水来沙条件下的平均流速。黄河实测资料的检验结果表明其预测精度较高。     

刚性非浸没式植被对弯道水流特性的影响

该文采用180°U形矩形截面弯道玻璃水槽模拟天然弯道河流,运用声学多普勒流速仪(acoustic doppler velocimeter,ADV)研究刚性非浸没式植被(密度4.47%)对弯道水流纵向流速分布,横向环流及湍流动能(turbulence kinetic energy,TKE)的影响。实验结果表明,当水槽流量较小时,植被对水流的阻碍作用较小,由流速降低而导致的水深增加现象不明显,当水槽流量增大时候,植被对水位的抬升现象明显;水流受植被"阻滞"作用,弯道处纵向流速沿水深分布不再服从"对数型"分布规律,且原本水流受弯道作用后呈现的"上减下增"效果也消失;植被加快了最大流速区向凸岸转移,到达弯道出口时,最大流速区逐渐转移至断面中部区域;在植被的影响下,各断面弯道环流消失;植被会加剧水流紊动效应,导致湍动加剧,TKE增大。上述实验结论将增进研究者对植被对弯道水流特性影响的理解,同时也为泥沙疏浚,河道生态系统恢复提供指导。     

丁坝对弯道水流水力特性影响的研究

针对丁坝对弯道水流水力特性影响的问题,建立了相应的概化模型,通过数值模拟的方法,利用RNG k-湍流模型封闭Reynods方程,VOF法追踪自由表面,通过有限体积法离散求解,模拟研究了不同弯道中心角情况下,丁坝对弯道水流横向水面超高和流速场的影响。结果表明:在丁坝影响下,弯道水流水面横比降计算公式需要进行修正,应当考虑丁坝对河道的束窄、丁坝尺寸和弯道角度等综合因素的影响。     

弯道河段水流流态试验研究

研究采用声学多普勒流速仪对弯道河段水流特性进行了系统的试验研究,全面地分析了水流的三维时均流速及流场等.水流进入弯道后,水面形态和水流结构沿流程逐渐发生调整和变化,形成弯道特有的水流运动规律,具体表现在水面横比降、横向环流、流速重分布及紊动强度等.该研究可为相关的理论研究和工程实践提供借鉴和理论依据.