废旧轮胎在闸下消能防冲中的应用

为实现增加糙率降低近底流速的目的,用废旧轮胎制作海漫表面的加糙体。通过室内水工模型试验,对加糙轮胎的数量、布置形式、相对糙度等影响因素进行比较研究,得到利用废旧轮胎进行海漫加糙的最佳方案。试验结果表明,用废旧轮胎加糙可使近底流速降低50%。经现场原型试验,利用废旧轮胎加糙,闸下冲坑深度平均减少75.7%,冲坑面积减少19.3%,减冲效果明显。应用表明,利用废旧轮胎加糙减冲是切实可行的。     

闸下海漫柔性加糙体消能防冲机理试验

通过室内水工模型试验,量测了采用废旧轮胎加糙后三维流速的分布。结果表明:加糙后近底流速明显降低,但整个断面的平均流速近似相等;随着轮胎排数的增加,水流紊流强度平均值增大,附加切应力增大,流体质点间相互混掺的情况加剧,从而使消能效率得以提高。     

闸下废旧轮胎消能防冲的三维数值模拟

为了进一步揭示闸下应用废旧轮胎消能防冲时的水流形态,采用RNG k-ε湍流模型对加糙后的流场进行模拟计算,并采用流体体积分数法对自由水面进行跟踪,得到流场内的水、气相体积、速度、压力等分布,并与模型试验实测结果进行对比分析。分析结果表明,计算结果与模型试验实测结果吻合较好,说明模型能很好地应用于加糙后的流场模拟计算。     

挟沙水流紊动扩散系数的研究

本文通过理论分析，得到剪切紊流中紊动粘性系数υt(紊动扩散系数)沿水深服从F-分布，用于计算悬移质含沙量沿垂线分布与Rouse公式、张红武公式一致，规律符合实际，可用之于紊流计算与分析.     

密排粗糙床面明渠水流的紊动特性

为揭示密排粗糙床面对明渠水流紊动参数的定量影响规律,采用不同直径的圆形玻璃珠制作了3种密排加糙床面,基于光滑床面和加糙床面明渠紊流PIV流场测试资料,探讨了加糙后紊动强度、雷诺应力和紊动能等参数的变化特征。结果表明:床面粗糙对紊动参数的影响主要体现在内区,而外区紊动参数的变化相对较小。加糙后纵向和垂向紊动强度相对值u’⁺、v’⁺在内区呈现不同的变化规律,流量相同时,粗糙雷诺数Re_*越大,v’⁺越大,而u’⁺越小;床面粗糙对内区水流有抑制纵向紊动和加强垂向紊动的双重作用,而对外区水流有加强纵、垂双向紊动的作用;床面加糙对垂向紊动强度的影响总体大于纵向。加糙后内、外区的雷诺应力绝对值均增大,内区增幅尤为明显,雷诺应力增大的原因在于水流质点混掺强度和频次均增大。不同工况紊动能相对值E⁺在内区差异明显,随着相对水深η的增大,E⁺差异逐渐减小,在水面附近趋于一致;加糙后内区紊动能绝对值总体减小,而外区紊动能绝对值有所增大,内、外区紊动能变化与床...     

闸下应用废旧轮胎消能防冲的三维数学模型建立

水闸冲刷问题是水利工程中普遍存在的问题,诸多研究人员对该问题进行了系统地研究,研究结果显示使用汽车的废旧轮胎对海漫段增大糙率,可以起到减少冲刷的作用。通过对比分析不同的湍流模型、数值计算方法、网格划分尺度、壁面处理方法,最终采用RNG k-ε湍流模型、PISO算法,将整个流场划分为67.27万网格,选择标准壁面函数对流场进行模拟计算。计算结果与模型试验实测结果吻合较好,说明模型能更好地用于加糙后的流场模拟计算。     

潮流紊动特性试验研究

开展潮流的紊动特性研究,对于了解潮汐水域泥沙及污染物输运机理、保护生态环境具有重要意义。本文通过水槽试验系统全面地研究了潮位正弦变化的往复流紊动特性随潮变化规律,以100 Hz的高采样频率连续采集主流区测点三维瞬时流速,根据移动平均法及最小二乘原理计算时均流速过程曲线,据此分析了紊动强度及雷诺切应力随潮变化规律、特征潮时概率密度分布与正态分布的差异,以及脉动流速的紊动能谱。研究结果表明,水流纵向流速随潮近似于正弦规律变化;纵向、横向与垂向的相对紊动强度在转潮阶段出现峰值;涨急与落急时段,与纵向脉动流速相关的雷诺切应力相对较大,纵向与垂向脉动流速概率密度分布偏离正态分布;特征潮时的脉动能谱密度均随频率增大而减小,水流能量主要集中在10 Hz以内。     

开孔促淤板周围水流紊动特性试验研究

为深入了解开孔促淤板周围的水流特性,通过室内概化水槽试验分析了开孔促淤板前后的水流紊动特性,采用声学多普勒流速仪(ADV)测量了开孔促淤板前后典型断面上的三维瞬时流速,分析了典型断面上的时均流速、紊动强度、雷诺切应力和紊动能的分布规律。试验结果表明:板后近板区出现回流区,且回流区与开孔促淤板格栅位置相对应;板后水流相对紊动强度、雷诺切应力及相对紊动能明显大于板前,开孔促淤板对板后近板区水流影响较大;随着与开孔促淤板距离的增大,回流现象消失,流速变化趋于稳定,水流相对紊动强度减小且最终趋于稳定,相对紊动能出现折减且折减率逐渐降低;靠近近板区xOy面雷诺切应力大于yOz面雷诺切应力,靠近下游xOy面雷诺切应力与yOz面雷诺切应力相差较小。     

植物坝覆盖区明渠二维两相流场紊动特性研究

漂浮植被占用了行洪断面面积,增大了河流的阻力,遇到障物后,造成河道严重堵塞。通过室内物理模型试验和数值模拟的方法,研究、分析大面积覆盖水面的漂浮植被对河道泄洪能力、河道水体结构、水流特性的影响。根据紊动强度和雷诺应力沿程变化,从波动幅度上看,植物覆盖区波动幅度较大;对根茎区,无植物覆盖但受影响区紊动强度不大,但较无植物覆盖时的明渠水流有明显增大,植物坝覆盖区及植物坝前缘区变化显著,尤其是植物坝前缘区的紊动强度波动很剧烈。     

闸下应用废旧轮胎消能防冲数值模拟结果验证

采用RNG k-ε湍流模型、PISO算法,将整个流场划分为67.27万个网格,选择标准壁面函数进行壁面处理,对海漫加糙后的流场进行模拟计算,分析不同网格数、不同收敛精度、不同湍流模型、不同流场计算方法对数值模拟结果的影响。通过对比分析,计算结果与模型试验实测结果吻合较好,说明数值模拟方法简捷、高效,能获得理想的数据成果,能较好地用于海漫段加糙后的流场模拟计算研究。     

坝下消能工局部水流的数值模拟

本文针对坝下消能工紊流的特点，建立了曲线坐标下带自由表面、强紊动水流的数学模型，并编制了坝下消能工数值实验室的大型软件包。利用该软件包对坝下消能工中复杂水流进行了数值模拟，并通过动态显示技术以形象的图形输出，从而可以灵活地修改模型或原型的形状和参数，方便地进行系列数值实验或不同方案的比较，为泄水建筑物消能工的方案选择和设计提供足够精细和准确的数据，有助于数学模型逐步地取代费时耗物的物理模型实验。     

变断面明渠柔性植物水流特性试验研究

在变断面明渠,利用ADV测量流速,研究断面突然扩大情况下模型植物和真实植物的水流特性。结果表明:在水流稳定区域,布设真实鸢尾草和塑料鸢尾草模型的流速分布、雷诺应力分布和紊动强度分布具有一定相似性;雷诺应力和紊动强度在相对水深为0.6～1.1区域达到峰值,且从峰值区域向两端递减,总体上植物下部区域的紊动强度比植物上部区域大;同种植物紊动强度沿x、z方向的分布形式存在较大差别,紊动强度存在明显各向异性。     

鱼道紊流特性研究进展

鱼道内的紊流特性对于鱼类能否顺利上溯洄游至关重要。为了解鱼道内的紊流状态,综述了丹尼尔式、竖缝式、组合式、涵洞式等鱼道内紊流流速、紊动能、紊流强度、雷诺剪切应力以及漩涡等紊流特性的研究进展,分析不同鱼道内紊流的分布规律及特点,指出鱼道中的紊流强度、紊动能等均会对鱼类对栖息地的选择以及鱼类通行造成较大的影响。此外,目前国内对鱼道内漩涡紊流特性的研究较少,建议对其深入研究,以改善鱼道内水力条件,保证鱼道有效运行。     

桥巩水电站泄水闸消能防冲设计要点综述

利用桥巩水电站泄水闸河床地形特征,布置高低两种戽式消力池.由于深河槽低戽底板厚度较大,为在底板设窄缝提供了有利条件,故在深河槽低戽的戽底设窄缝进行混合消能.经水工模型试验验证,水流消能效果良好;其体型结构简单新颖,并具有自行清理消力戽推移质的功能,也为收缩式消能原理应用在低坝上作出了新的探索.     

青草沙水库排水闸加大泄量后的 消能防冲研究

青草沙排水闸增大泄量到300 m3/s时下游将发生远驱水跃,现有消力池需要采取相应的加固措施。经水力计算和水槽试验,建议采用海漫段定点抛投四面体的海漫加糙方式,四面体棱长1 m,呈梅花状布置,顺水流和垂直水流方向,中心点间距与棱长之比2∶1,共布置5排,其壅水效果与稳定性均可满足要求。     

桩群排列方式对水流结构特性的影响

利用室内水槽试验模拟了桩群不同排列方式工况下水流的运动规律,借助三维超声波多普勒测速仪(ADV)量测了不同断面、不同垂线、不同测点的时均流速,得到了不同工况下的流速分布、紊动强度、雷诺应力,并分析了它们的变化特征。结果表明:桩群使流速重新分布,在桩群区与非桩群区交界处流速明显减小,且桩群布置密度大时,水流绕流流速最大;当桩群排列方式改变时,各断面的三向紊动强度都会发生较大改变,但是对于某一方向上的紊动强度各断面仍有一定的相似性;修桩后雷诺应力分布规律有所不同,水流上侧的雷诺应力较大;桩群排列方式的改变不仅使雷诺应力沿程变化较大,而且改变了雷诺应力时均值的大小及最大值出现的位置。     

淹没垂直圆柱周围水流结构及紊流特性试验研究

淹没垂直圆柱虽在各工程领域中均有广泛的实际应用,但还没有关于其绕流场内水流结构及紊流特性的系统研究。通过室内变坡水槽试验对淹没垂直圆柱周围的瞬时流速场进行了精细测量,分析了淹没率对垂直圆柱上下游竖直对称面内三维流速、紊动强度等水力参数垂线分布的影响程度,研究了向下水流、马蹄形旋涡和尾流旋涡等典型水流结构的冲刷力随淹没率的变化规律,揭示了淹没率影响垂直圆柱周围清水局部冲刷的机理。研究结果表明:增大淹没率能够减小垂直圆柱出露于水体中的有效长度,使得垂直圆柱对水体的阻流和扰动作用减弱,也使得垂直圆柱上游迎水面处向下水流、柱周马蹄形旋涡和下游尾流旋涡的冲刷能力被有效削弱,降低了垂直圆柱周围床面泥沙被旋涡体系卷起后顺水流失的概率。