溃堤洪水在有压雨水管网街区演进的试验研究

溃堤洪水在有压雨水管网街区的演进过程十分复杂，城市街区建筑物及雨水管网改变了洪水的演进规律，影响了街区排涝的水力特性。本文基于典型城市街区建立了包括房屋、人行道及雨水管网在内的概化水槽模型，测量了不同溃堤洪水在典型城市街区演进过程中的街区水深、雨水管网流量及压强，探究了不同蓄水高度、前池进口流量对街区水位波动变化及有压雨水管网下泄流量的影响。溃堤洪水在水槽侧壁、房屋的作用下形成了大面积的水跃，并且在房屋建筑物附近出现了薄层状水片，水跃区域伴随着洪水演进过程先是在人行道处发生横向的迁移合并，再是在街区道路的纵向方向上逐渐耗散直至消失，街区水位在100 s后基本稳定，从上游至下游呈“先增大、再减小”的变化趋势。溃堤洪水在街区演进过程中，不同蓄水高度对有压雨水管网的泄流量影响相较于不同前池进口流量更加显著，街区上游雨水口的峰值流量在最大蓄水高度条件约为最大前池进口流量的1.5倍。研究结合街区水位及有压雨水管网压强采用欧拉数对短管淹没出流公式的泄流系数进行了率定，修正后的理论计算值的误差由32%降低至2%，能够较好地反映出街区雨水口的泄流能力。研究成果不仅能为数学模型提供翔实的验证资料，还可为城市洪涝治理提供理论指导。     

城市道路雨水口泄流的水力特性分析

近年来,城市内涝灾害频发,提高市政排水设施的排水能力是缓解城市内涝的最有效措施.道路雨水口是地表径流与地下雨水管网之间的连接点,其泄流效率是决定市政排水系统排水能力的关键指标.以道路雨水口为研究对象,结合对雨水口类型和构造特点、雨水口泄流过程、雨水口设计思路和明渠流水力分析,推导雨水口泄流量的理论计算公式.该公式说明雨...     

基于新型三维辐射应力的近岸波流耦合模型

为了合理模拟近岸波流运动,基于考虑海底坡度影响的新型三维辐射应力公式,建立近岸三维波流耦合数学模型. 该模型引入2种波面水滚模式,考虑波浪附加水平紊动效应. 采用大量实测数据对所建模型进行验证. 结果表明,利用该模型可以较好地模拟近岸波浪传播以及增减水、沿岸流、底部离岸流、裂流等不同的近岸波生流现象. 该模型采用的波流耦合方式能够全面地反映近岸波流的相互作用,新型三维辐射应力公式较其他公式可以更准确地描述波生流的垂向结构. 对于不同的近岸流算例,获得更准确的模拟结果可能需要采用不同的水滚模式,说明更具普适性的水滚模型有待进一步的研究. 考虑波浪水平紊动会使模型计算出的流速平面分布更平滑,避免出现过于突兀的流场结果.     

城市雨水口地面暴雨径流模型研究

在假设每一雨水口集水流域产生的地面暴雨径流均汇入该雨水口的条件下,建立了由流量子模型和浓度子模型组成的城市雨水口地面暴雨径流模型.其中,流量子模型采用瞬时暴雨强度描述降雨过程、区域综合径流系数计算扣损以描述产流过程、等流时线原理描述汇流过程;浓度子模型则反映了雨水口入流污染物浓度仅随入流流量而变化.以重庆市两个具有代表性的雨水口为例,确定模型的具体形式,并采用200O年7～9月间的水量、水质同步测量数据,对模型的模拟精度进行验证.     

基于Flow-3D软件的消能池三维水流数值模拟

基于Flow-3D软件,采用RNG k-ε三维水流数学模型、VOF方法和单相流体模拟消能池水流流动,应用GMRES方法求解离散方程.根据设计提出的闸下三级消能池方案,不仅验证了水闸的泄流能力,还计算了消能工况水流条件下消能池的水流情况,并且结合水工模型试验具体分析了消能池中的水流流态、流速分布、水面线和消能率等水力特性.结果显示计算的泄流能力、水流流态与模型试验的非常接近,流速和水面线的吻合度也很高.计算结果还提供了Fr值、紊动能分布图和流速矢量图,比较全面地反映了三级消能池的水流和消能情况,同时也表明该软件模型具有可行性与实用性.     

泄洪闸三维流态CFD优化分析

采用最新CFD方法对具体工程泄洪闸水流流态进行模拟分析.先给出了数学模型和计算方法;然后结合模型实验成果,用CFD详细分析了泄流能力与水面线、压力、流速等流场参数的规律性,弄清了不良流态的原因;进而提出加大侧墙弧度以消除吸气漩涡及加大孔口断面避免脱流的措施,通过3个方案对比分析验证了其效果,并得出最佳方案的泄流能力、进水口流态及泄槽内流态、压力和速度的分布规律.     

基于多水文数据关联分析的雨水口异常诊断

为了定量探究排水系统的不确定性,基于监测水文数据提出雨水口堵塞程度的评估方法. 通过描述雨水口淹没入流状态下的物理模型,获得监测水文数据与雨水口堵塞面积的关联;计算每次独立积水事件下雨水口平均堵塞面积,作为雨水口堵塞程度评估指标;使用移动平均法对评估指标进行处理,能够直观分析出雨水口的堵塞程度. 将该方法应用于东部沿海城市研究区域,用雨水口清理记录进行验证. 结果表明,有83%研究点位的雨水口堵塞情况可以被很好地鉴别出来,其中诊断为堵塞并被清理的点位准确率为75%,诊断为堵塞但未被清理的点位准确率为89%. 预测失败的点位多由雨水口清理记录不全造成,雨水口侧支管堵塞疏通的延后性会对计算结果造成干扰.     

城市雨水口流域等流时线法降雨径流模拟模型

根据等流时线法理论和计算机模拟技术，建立了城市雨水管网系统雨水口流域降雨径流模拟模型．该模型可根据实测降雨水资料或城市暴雨公式和相应的扣损方法，模拟计算城市雨水管网系统各雨水口入流流量过程线．经与北京百万庄实测降雨径流资料比较，该模型可以真实地模拟地表径流过程，结果与实测数据十分接近．     

流体可压性对轮式装载机中冷器的影响

为提高换热器换热量的计算精度,以某型号轮式装载机水冷中冷器为研究对象,通过截面变化率、换热量、表面摩擦因数等变量建立其增压空气侧可压缩流模型.采用计算流体力学(CFD)软件对模型进行了仿真验证,结果表明可压缩流模型与不可压模型的偏差随流量增加而增大.与试验结果对比发现:在流量较低时,宜使用不可压缩模型简化计算;当流量较大时,则宜使用可压缩模型提高计算精度.试验条件下,可压缩模型的换热量与试验值最大偏差为6.5%,压力损失最大偏差为7.5%.所提方法改善了高流速区间由于忽略可压缩性带来的偏差过大的问题,为换热器的优化设计提供了指导.     

泄流清管器清蜡模拟计算的研究

利用流体力学的相关理论建立了2种泄流清管器在管道中运行的流场仿真模型。为了探究泄流清管器对清管器前被刮下的蜡屑的吹散作用,建立了泄流孔开在皮碗中间的皮碗式泄流清管器模型。分析了原油在以相对清管器0.8m/s的流速通过不同旁通率的泄流孔时的流场及压力场变化情况。结果表明,旁通率为5%的皮碗型泄流清管器对清管球前堆积物具有较好的吹散和冲稀作用;同时,为了探究泄流清管器对管壁沉积层的冲击和破坏作用,建立了泄流孔为导流槽形式的直板型清管器仿真模型,并计算了射流对管壁沉积层冲击力的大小,约为0.21MPa。     

城市排水系统非恒定流模拟模型研究

开发研制了城市排水系统非恒定流模拟模型．在暴雨条件下,可用此模型模拟排水管网的溢流、计算积水区的面积和水深．根据对已经建成的排水管网现状进行模拟计算的结果,提出了改造雨水管网系统和合流制管网系统的最佳设计方案．模型在实际应用中已经取得了很好的效果．     

普通城门洞形断面正常水深的近似计算方法

普通城门洞形过水断面在水利水电工程中应用已很普遍,其正常水深是一个超越方程,无解析解,为使该断面正常水深的求解方法能够简捷、通用且有较高精度,提出了一种近似计算方法.通过引入无量纲正常水深,对普通城门洞形断面正常水深的基本方程进行恒等变形,并根据优化拟合原理对已知量综合参数k与无量纲水深x进行优化拟合,得到了正常水深的近似计算公式,误差分析及实例计算表明,在工程常用范围内,正常水深的最大相对误差小于0.62%.直接计算公式形式简捷、精度高、适用范围广.     

Application of unsteady flow simulation technology to lightening urban storm waterlogged disaster

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基于流量的城市排水系统协调优化调度方法

针对城市污水排放系统进水量不确定、调度功能缺乏,易引起污水外溢或高扬程大耗能排水问题,提出一种基于流量的城市排水协调调度控制策略.依据典型排水拓扑结构图建立排放系统数学模型,并构建了输入流量计算方程.由各泵站间污水流入、排出量与进水池水位的关系对系统做流量排放协调调度的仿真,并通过已构建的网络控制平台进行了现场调度模拟试验.结果表明：基于流量的优化调度方法可提升排水系统的协调性能,获得好的过流能力,提高污水的安全排放水平,同时能保持低扬程排放运行获取好的节能效果.     

抛物线断面河渠收缩水深的直接计算公式

为便于工程设计应用,提出了一种抛物线形断面河渠收缩水深近似解直接计算公式.通过对收缩水深基本方程进行数学变换,将未知量与已知量分别用无量纲参数相对收缩水深λ和无量纲综合已知量参数β代替,用不动点迭代法建立迭代公式.在分析函数单调性和凹凸性以及方程的根的基础上,结合函数的几何图像,应用数值计算方法初步选取迭代初值,再以迭代次数最少且相对误差最小为目标对初值进行优化计算,最后得到了收缩水深直接计算公式,并进行相对误差分析和应用举例.结果表明直接计算公式形式较简单、适用范围广、结果精确,其最大误差小于0.43%.     

溢流坝坝上水深与输水隧洞引水流量关系分析

分析了后山溢流坝坝上水深与输水隧洞引水流量关系，给出了坝上水深与输水隧洞引水流量计算式。     

基于海绵城市理念的市政给排水设计

若市政给水引入点的管道位置分布混乱,会导致市政给排水流量受限,增加由于暴雨等极端天气事件或其他突发情况造成的城市损失。因此,基于海绵城市理念,优化市政给排水工程。根据给水引入点排布市政管道位置,计算市政给水余压供水区间,在区间范围内确定了市政排水管出户标高,根据市政排水管出户标高,确定了喷头流量总和与管道作用面积之间的关系,设计了平均配水量配水支管,折算每段配水支管的流量,计算了配水支管间的流量系数,以此完成市政排水设计。分割项目工程系统管道内的机械样板空间,参照管线完成水平管道施工。结果分析表明：同等效段内,基于海绵城市理念的市政给排水加压设备耐久度更高,管道排水流量较大,海绵城市理念与市政给排水设计过程的融合效果得到保证。     

风壅水面高度计算公式适用范围的探讨

搜集了关于壅水面高度的计算公式,归纳得出风壅水面高度的基本公式,初步研究了风速、吹程、水域水深和风壅水面高度值之间的关系,指出该公式的建立与水域水深的关系极为密切,在水域平均水深过小时,该公式求得的风壅水面高度误差较大。     

掺气挑坎通气量试验研究(研究生论坛）

为了避免高速水流对过流面的空蚀影响,国内外高水头泄水建筑物多采用强迫掺气设施,同时必须保证掺气空腔内有足够的通气量。通过模型试验,从水力参数方面研究了掺气挑坎通气量的影响因素。试验结果表明,影响通气量的原因主要分为两方面：一方面为水体本身容纳气体能力,主要由水深决定;另一方面为水流从底空腔中吸纳空气的能力,主要由挑坎流速和底空腔长度决定。分析得出：水深较小时,水体本身所能容纳的通气量对掺气起主导作用;水深较大时,挑流水舌能从空腔中吸纳的通气量对掺气起主导作用。分析试验结果,综合考虑水体自身的容纳空气能力和底部临空面卷气能力两方面原因,提出了掺气挑坎通风量的经验计算公式,可作为泄水建筑物掺气挑坎理论计算参考公式。     

2维水动力模型中入流边界优化处理方法

在极端暴雨事件频率和强度不断加剧的趋势下,防洪安全面临着极其严峻的考验,研究河道洪水演进、漫溢及淹没过程,有效评估洪水灾害风险就显得尤为重要。为精确模拟河道洪水演进过程,本文采用基于非结构网格有限体积法建立的二维水动力模型,构建了一种基于虚拟单元法的入流边界改进方法。该方法采用基于地形网格数据的纵断面提取法以近似确定深泓线的位置,从而计算出河道平均纵比降;在入流边界各网格上以均匀流的方式入流,计算出不同流量下的对应水位;依据各网格上的水深和入流边长计算权重以合理地分配流量,再结合单宽流量边界条件确定边界外侧虚拟单元上的水力要素,最后耦合至模型通量部分进行计算,实现入流模块的优化。将该方法应用于Toce河物理模型试验的模拟,在入流边界附近计算出的水位、流速和流态都更为合理;河道中各测点水位与试验数据吻合度较高,洪水到达测点时间及各点间洪水运动传播时间与测量值较为接近,纳什效率系数在0.82~0.95之间,验证了该方法的可行性和模型的准确性;并且在单机上用时86s完成计算,效率较高,表明模型能高效准确的模拟洪水演进过程。通过对入流模块的改进优化,模型可以更好地应用于洪水演进过程的模拟预警及灾情评估工作,为洪水灾害管理决策提供技术支撑。