船模通航波高采集测量系统及其应用

目前,有关引航道通航水流的研究,国内主要依赖于实体模型及船模试验,波高测量对于航道通航问题,对船队航行安全具有非常重要的意义.开发了一套由软、硬件组成的波高数据自动采集分析系统,并将其成功应用于乌江银盘水电站水力学整体模型.该系统使用方便、迅速、易操作,可满足科研生产需要.由于采用面向对象方法开发,进一步开发功能十分方便.     

水工模型试验船模通航波高采集测量系统及其应用

引航道通航水流的研究具有非常重要的意义。开发了一套由软、硬件组成的波高数据自动采集分析系统，并将其成功应用于乌江银盘水电站水力学整体模型。该系统方便、迅速、操作简便，可满足科研生产需要，由于采用面向对象方法开发，进一步开发十分方便。     

波流共同作用下细沙粉沙质海岸复合沿岸输沙率计算

应用能量原理建立波浪作用下沿岸输沙率公式时,通常采用波浪的“载沙量”与沿岸流的乘积推导而得.对于一般的沙质海岸,由于岸滩坡度较陡,波浪破碎带较窄,破波带内潮流流速与破波产生的沿岸流相比较小,常可忽略.而对于细沙粉沙质海岸,岸滩坡度相对较缓,风暴潮期间,近岸波浪较大,破波水深较深,破波带较宽,近岸潮流流速也较大.因此,细沙粉沙质海岸风暴潮期间波浪和潮流共同作用下的复合沿岸输沙率计算应当考虑波浪和潮流的共同作用.在以往波浪作用下沙质海岸沿岸输沙率研究的基础上,通过波浪潮流共同作用下近岸水流特性和沿岸输沙率特性港池试验研究,得出了波流共同作用下复合沿岸流计算公式,据此,将能量输沙原理导出的沿岸输沙率计算公式推广应用到波流共同作用下的复合沿岸输沙率计算,经与模型试验结果和现场实测资料对比,吻合良好.该公式可以有条件地推广应用到细沙粉沙质海岸波浪潮流共同作用下复合沿岸输沙率计算.     

Experimental study on wave-current structure around a pneumatic breakwater

A model of a pneumatic breakwater comprised of perforated pipes placed on a wave flume bottom and connected to a piston-type air compressor is installed in a wave flume. Ascending air bubbles form an aerial barrier which dissipates wave energy and reduces the height of transmitted waves. The model is exposed to regular waves with fixed parameters, and its properties are modified by changing the amount of air supplied to the pipes. Particle Image Velocimetry and Acoustic Doppler Velocimetry methods are employed to measure a wave-current velocity field in the close vicinity of a submerged aerial barrier used as a breakwater. The measurements are supported by free-surface elevation registration in order to evaluate the effectiveness of the pneumatic breakwater in damping waves and to identify processes responsible for wave energy dissipation. Basing on the measurements, the performance of the pneumatic breakwater in different wave conditions is analysed. The results indicate that the dissipation of energy inside a region of a turbulent flow induced by ascending air bubbles may be considered the main mechanism of wave energy attenuation by pneumatic breakwaters.     

波流耦合作用下紊流边界层水沙数学模型

在河口地区,波流相互作用下紊流边界层的泥沙起动输移规律非常复杂,深入探讨其泥沙运动规律很有必要。该文基于波浪边界层的控制方程,引入了时均水流压力,通过波流相互作用下的摩阻流速反映波浪与水流的夹角,用标准k-ε模型封闭方程,建立了波流叠加的紊流边界层内的弱耦合水流模型,分别讨论了波浪速度振幅、时均流速等的分布情况,与实测数据对比得到了较好的模拟结果。其次,基于水流模型建立了泥沙模型,采用对称振荡流和波流相互作用两种情况下的泥沙实测数据验证了泥沙模型的正确性,讨论了不同分布规律的涡黏系数对于模型的影响,为实际工程提供理论参考,结果具有一定的指导意义。     

三峡工程明渠通航船模与实船试验

峡工程导流明渠兼施工通航航道,通过船模结合 水力学试验研究,较好地解决了明渠内的航线优化,提高通航流量的方法以及汛期冲淤后的 防护措施及对航行的影响等关键问题,为设计和施工提供了重要的科学依据。研究成果得 到1997～1998年航行实践和原型实船试验很好的验证。     

波流共同作用下单体网格式锚碇网箱水动力特性研究

运用刚体运动学原理和集中质量方法,建立了计算重力式网箱浮架、网衣和锚碇系统受力和运动的数学模型.利用此数学模型获得了波流作用下网箱在网格式锚碇情况下锚碇锚绳受力、浮架运动的计算结果.在此基础上,计算并分析比较了不同设计流速与波况组合作用情况下,单体网箱各类锚绳(锚碇锚绳,连接锚绳和网格锚绳)受力、浮架运动及网衣变形情况.讨论结果表明,在相同工况下,各类锚绳中锚碇锚绳受力最大,连接锚绳受力次之,网格锚绳受力最小.锚碇锚绳、连接锚绳受力随波高、周期、流速的增加有不同程度的增加;网格锚绳受力随波高的增加有一定程度的增加,随流速的增加有较小幅度的减少,与周期变化关系不明显.浮架水平方向运动幅度随波高、周期及流速的增加而有不同幅度的增加;浮架竖直方向运动幅度随波高、周期的增加有不同程度的增加,随流速的增加有较小程度的减小.各种波流工况作用下,浮架倾角随流速的增加有一定程度的减少,随波高的增加有较小程度的增加,与周期变化关系不明显.网衣体积损失率随流速、波高及周期的增加有较小程度的增加.     

典型风况下兴凯湖波流耦合数值模拟研究

兴凯湖是中俄界湖,湖区流场和波浪场的观测数据及相关研究工作十分匮乏。针对兴凯湖典型风况下波流耦合数值模拟问题,在兴凯湖风场及湖水位特征分析的基础上,首次采用Delft-3D模型对兴凯湖流场和波浪场进行耦合数值模拟,分析了流场和波浪场的结构,并与太湖实测流场进行了对比分析。另外,利用相关规范中的公式计算了流场和波浪场的相关水力要素,验证了数值计算结果。经分析认为,波流耦合作用是兴凯湖北岸泥沙淤积、湖岸冲蚀破坏的主要原因。研究成果对兴凯湖北岸的防护工程建设及水资源保护具有重要意义。     

船闸中间渠道尺度对通航水流条件影响的研究

利用物理模型结合数学模型,研究船闸泄水进入中间渠道后,中间渠道内的水流条件与渠道尺度的关系。根据波动特性,对渠道内水体波动进行了定义。试验发现,船闸泄水正波在前进中波前逐渐变陡,到一定程度,波前水体形状将不再稳定,并形成短周期波。当中间渠道长度约等于泄水波长度一半时,船闸中间渠道振荡波最大。为改善水流条件,应调整输水时间、渠道水深等,以改变泄水波形状,或者直接改变渠道长度。     

小尺度船模通航试验测量数据的平滑与滤波

激光扫描测量技术已广泛应用于小尺度船模通航试验中,由于在测量过程中,不可避免会产生随机误差,从而影响到测量结果的准确性.通过分析误差产生的原因,采用平滑与滤波的技术有效地减少了随机误差对结果的影响.经平滑处理后,其相对误差约7‰.     

高坝通航垂直升船机精密安装测量技术研究

高坝通航垂直升船机具有提升高度大、安装高差大、施工安装精度高、工艺复杂、无同类经验可借鉴等特点。本文以三峡升船机为例,根据对垂直升船机机理的研究,通过模型设计、模拟实验和试算、精密平差、测量实践与验证等手段,进行了高坝垂直升船机精密安装测量技术的研究,其成果成功应用于工程实践,达到了预期的效果,并具有较强的推广意义。     

水工结构爆破震动效应及安全分析研究

水工结构特性及工况条件均有别于其他矿山、土木建筑工程，而且万一爆破受损，其后果及经济损失亦较为严重。因此，水利水电工程不能简单套用矿山及建筑部门现行的统一爆破规程规定的安全分析方法和控制标准，而应首先研究不同类型爆破对各种水工结构的荷载特性和破坏作用机制的影响，从而分别制定出与之相适应的安全判据和控制标准，以确保工程安全运用。文章从现代爆破作用原理出发，阐明岩体爆破的震动特性、影响因素及最新研究进展情况，并通过对大量科研观测资料的分析，结合我国某些工程的实践经验，着重介绍了岩土爆破对闸坝工程、水工隧洞的作用特性，破坏机制和安全准则。     

长洲水利枢纽枯水期保通航水库调度及船闸运行方式探讨

根据广西长洲水利枢纽的功能,在枯水期确保通航的前提下,结合相关方对水资源利用的需求,对水库调度和船闸方式进行了分析,提出了枯水期相应流量调度与运行方式。实践证明:该调度与运行方式兼顾了通航、调水与发电3方面对水资源的需求,效益显著。     

双轨斜面升船机初步研究

目前三峡大坝船闸及升船机的通航能力已逐渐不能满足长江经济带发展的需求。本文提出一种适合在大坝左岸修建的双轨大型斜面升船机系统,该升船机的设计载重约3000 t,承船车的过坝时间约30～40分钟。并介绍了该系统的基本运行原理、动力系统及安全装置设计,为采用斜面升船机解决船只过坝问题提供新的思路。     

基于波浪动力效应的泥质河床作用特性研究

针对河床泥质属于非牛顿流体,其受波浪效应影响较为复杂的问题,通过分析波浪的作用过程和机理,从泥质粘性、弹性以及塑性角度分析泥质受波浪动力效应影响的运动特征和迁移规律。结果表明：波浪动力效应使泥质悬浮、运输、沉积;在粘性、弹性和塑性因素下,底泥迁移规律复杂,泥层较薄时的受迫振动是主要影响因素,波压驱动则是影响深层泥质的重要因素;波高越大,物质输移速度越快,波高衰减率基本稳定,河床底泥受到临界波高的影响突出。     

水力机械转轮流固耦合特性分析与设计要素研究

水力机械种类繁多、流动复杂,转轮流固耦合动力特性及如何考虑设计要素对机组安全稳定运行极为重要。论文基于现代水力机械流动分析技术及流固耦合特性分析方法,对转轮的关键设计要素进行探讨,并展示了本课题组在转轮内部流动物理现象如漩涡、空化、压力脉动、含沙水流运动等的模拟、分析、预测方面的技术方法及成果,以及转轮共振和疲劳破坏的流固耦合动力特性分析案例,并对新电站机组选型设计、老电站改造、新型机组研发方面的工程应用进行分析,同时展望了多场计算技术、转轮寿命预测、信息共享平台建立等方面的发展前景。     

Numerical estimation of bank-propeller-hull interaction effect on ship manoeuvring using CFD method

This paper presents a numerical investigation of ship manoeuvring under the combined effect of bank and propeller. The incompressible turbulent flow with free surface around the self-propelled hull form is simulated using a commercial CFD software(ANSYS-FLUENT). In order to estimate the influence of the bank-propeller effect on the hydrodynamic forces acting on the ship, volume forces representing the propeller are added to Navier-Stokes equations. The numerical simulations are carried out using the equivalent of experiment conditions. The validation of the CFD model is performed by comparing the numerical results to the available experimental data. For this investigation, the impact of Ship-Bank distance and ship speed on the bank effect are tested with and without propeller. An additional parameter concerning the advance ratio of the propeller is also tested.     

三峡工程泄洪对下游通航条件影响的研究

根据水工模型试验成果,分析了三峡工程泄洪时坝 下游引航道和两坝间河段(三峡至葛洲坝)的非恒定波流运动特性,结合遥控自航船模试验对 两坝间的通航水流条件进行了分析评价,并提出了提高通航流量标准、改善通航条件的相应 措施。     

大尺度柱状结构物波流荷载研究

大型深水工程往往面临水深、浪大以及流急等复杂自然条件,将受到巨大的水平波流力,在工程设计中需准确考虑波流力的大小.通过在波流水槽进行圆柱、方柱和矩形柱波流力系列试验,进行大尺度柱状结构物波流荷载研究,同时建立数学模型,应用边界元法求解大尺度柱体上的波浪荷载,编写了Fortran程序计算波浪力,运用柱体绕流理论计算水流力.对比分析试验结果和数值计算结果提出了波流力工程计算方法:对于深水大尺度柱状结构物波流力可由波浪力线性迭加水流力再乘以1.04得到,计算中波浪要素采用水流影响下的要素,水流力采用柱体绕流求得.按此方法计算波流力,并与物理模型试验结果进行对比,两者误差较小,满足工程设计的精度要求.     

北运河通航开发及综合治理方案初探

在深入调研京杭大运河历史及现状的基础上,对北运河北京通州北关闸至天津北辰屈家店枢纽段的通航及综合开发的可行性进行了探讨。分析了北运河通航的主要技术难点,针对V级和VI级航道两个航道等级,进行了两船闸和四船闸的通航技术方案对比;并从水资源综合利用、防洪工程、航道整治、闸坝和桥梁改造、码头布置、景观营建及水质修复等方面进行了广泛探索,提出对北运河通航开发应该综合治理,除了考虑通航本身的技术要求,还应注重传承和延续运河千年潜运文化,营造宜居的生态环境。