博贺电厂海区波、流共同作用下的悬沙数值模拟

博贺电厂厂址濒临南海,受南海潮流、波浪作用,水流运动复杂。为了有效地研究和预报工程海区的潮流、泥沙运动,必须考虑潮流、波浪和泥沙的综合作用。结合目前研究成果,建立博贺港海区波浪、潮流共同作用下的平面二维泥沙数学模型,并采用实测的同步水文泥沙资料对所建模型进行了验证。在此基础上,对博贺电厂不同方案实施后海区的潮流、泥沙运动进行了模拟和研究。     

波浪与潮流共同作用下二维泥沙数学模型

针对河口海岸地区波浪与潮流运动的特点,将波浪过程概化为潮周期中具有平均意义的波浪流要素,叠加到潮流运动方程中,以模拟长时段的水流运动及泥沙场的变化,建立了波浪与潮流联合作用下二维泥沙数学模型,包括贴体正交曲线坐标系下水流运动方程、非均匀悬沙、底沙输移方程、初始条件、边界条件、动边界技术及数值计算格式,引进前期含沙量的概念,得到了潮流挟沙能力公式,波浪作用下的挟沙能力采用窦国仁公式,浮泥挟沙能力采用罗肇森公式。计算的瓯江口、温州湾潮位过程与原型吻合良好,8个断面的46条垂线同步流速、流向过程计算值与实测值吻合较好。在此基础上,探讨了多连通域复杂边界条件下瓯江口拦门沙航槽开挖后潮流与风浪作用下悬沙、底沙与浮泥引起航槽回淤的模拟问题。     

波浪作用下悬沙浓度垂线分布的研究

根据波浪作用下的泥沙悬浮机理,即影响泥沙悬浮的主要因素从近床面的紊动扩散逐渐过渡到自由表面的波动水质点周期运动,提出了全水深悬沙扩散系数的表达式,建立了悬沙垂向时均浓度分布的显式解析模型,并进一步讨论了参考含沙量和床面摩阻系数的合理取值。计算值与测量值的比较表明,该浓度分布模型与不同尺度的水槽实验数据吻合较好。     

潮流和波浪作用下悬移质挟沙能力研究评述

本文对国内外有关潮流和波浪作用下悬移质挟沙能力的研究成果进行了全面系统总结和分类，分析各类挟沙能力公式的优缺点。最后，指出只有系统地研究床面泥沙交换的微观机制，引入新的理论和方法才能使潮流和波浪作用下挟沙能力的研究取得较大的进展。     

潮流和波浪作用下悬移质挟沙能力研究述评

本文对国内外有关潮流和波浪作用下的悬移质挟沙能力的研究成果进行了全面系统总结和分类，分析各类挟沙能力公式的优缺点。最后，指出只有系统地研究床面泥沙交换的微观机制，引入新的理论和方法才能使潮流和波浪作用下挟沙能力的研究取得较大的进展。     

潮流和波浪作用下悬移质挟沙能力的研究

本文将湍流猝发理论用于潮流与波浪共同作用下挟沙能力的研究。基于湍流猝发的时空尺度得到波浪和潮流作用下床面泥沙上扬通量 ,然后根据连续律 ,建立了平衡近底含沙量的理论表达式。进而根据波浪掀沙和潮流输沙的模式 ,推导得出了物理概念清晰和充分考虑床面附近泥沙交换力学机理的潮流和波浪共同作用下的挟沙能力公式 ,经过黄河口实测资料的验证 ,计算与实测符合良好。     

波浪作用下涡动沙纹床面的悬沙运动数值研究

作者建立了波浪作用下的立面二维水沙数值模 型，并对涡动沙纹床面的悬沙运动进行研究。结果表明：悬沙颗粒的沉降速度较小时，其运 动受到涡动力特性的影响比较显著。而且在沙纹波峰断面和沙纹波谷断面，半个周期里都可 以观察到两个悬沙分布的峰值，主要是由于流动分离形成分离涡，涡运动携带泥沙颗粒而出 现峰值。计算成果在一定程度反映了涡动结构对悬沙运动的影响。     

潮汐河口平面二维悬沙输移及河床变形的数值模拟

本文应用平面二维非恒定水流运动方程和悬移质不平衡输沙方程，针对不同物理量的特性，采用不规则网格的差分法求解水流运动方程和有限控制体积法求解悬移质泥沙输移方程。利用杭州湾水文泥沙实测资料对模型进行了验证，所得结果是满意的。     

一种潮流悬沙模型试验加沙系统的研究和应用

传统的潮流悬沙模型试验通常是采用手工加沙的办法,但这种方法不仅费时费力,而且对模型加沙量的精度控制欠佳。我院在模型加沙试验的研究中,创建了一套潮流悬沙模型试验的自动加沙系统,该系统不仅能节省试验的人力、物力,并能较真实地演示了工程实体的河道悬沙变化过程,提高了试验精度和成果的可靠性。该系统经过大洞口潮流悬沙模型试验验证,显示该系统自动化程度较高、性能良好,可为类似试验提供参考。     

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。     

江苏辐射沙洲陈家坞槽悬沙变化过程及垂线分布资料分析

本文对辐射沙洲陈家坞槽14号站位连续2个潮次的水文、泥沙测量资料进行了分析研究,论述了在非恒定流作用下泥沙的悬浮与沉降过程。定量分析了重力作用与紊动作用对含沙量和床面变形率的影响关系。对水体悬沙的垂线分布进行了拟合,给出了对数拟合关系式,并对该关系式进行了讨论和验证,初步明确了陈家坞槽主槽的悬沙垂线分布基本特征。     

博贺湾海域悬沙输移机制分析

根据博贺湾海域大潮期间的水文泥沙实测资料,采用悬沙通量机制分解法将悬沙净输移通量分解为多个动力项,并分别从平流输沙、潮泵输沙和垂向净环流输沙三方面分析了悬沙输移机制。结果表明:博贺湾海域大潮期间拉格朗日余流基本沿涨潮方向,离岸越远,余流值越大,欧拉余流大小与拉格朗日余流相近,斯托克斯余流接近于零;平流输沙在悬沙净输移中占主导作用,其中欧拉余流输沙作用方向与涨落潮优势流相关;博贺湾海域潮泵效应输沙作用不强,潮泵作用由涨落潮潮流和含沙量在潮周期的不对称性引起;垂向余环流输沙作用很弱,垂向净环流输沙和拉格朗日余流和含沙量的垂向分布有关。     

剖面二维悬移质泥沙输移方程的分步解法

利用空间概念上的分步法,对剖面二维悬移质泥沙 输移方程,提出两种不同的计算格式。通过比较分析后认为：在对流项较弱时,可采用隐格 式计算;在对流项占优时,为消除解的振荡,应采用显隐混合格式。另外,还利用实测资料 验证了上述计算格式。     

排沙漏斗悬移质泥沙运动数值模拟

排沙漏斗是一种利用立轴旋涡实现水沙分离的二级排沙设施。为了探明排沙漏斗悬移质泥沙运动特征和排沙机理,采用欧拉-拉格朗日方法模拟了排沙漏斗水气沙三相流动,其中水相和气相采用雷诺应力模型(RSM)和VOF方法描述,悬移质泥沙用颗粒轨道模型描述。通过对计算的悬移质含沙量垂向分布与实验结果的对比,验证了数学模型的可靠性。计算结果表明:在漏斗室外侧区域含沙量分布整体上较均匀,在漏斗室内侧区域的近底部存在一个明显的高浓度带。作者认为,上述排沙漏斗悬移质泥沙含沙量分布特征主要是由排沙漏斗内的二次流引起的。     

兴化湾悬沙输移机理分析

隧道工程所在位置河床的最大冲刷深度是过江隧道方案设计的关键参数之一,合理确定最大冲刷深度能为保证工程安全和减少投资提供重要设计依据。在分析近年来河道演变特点和前人所做研究的基础上,以长江下游仪征水道世业洲河段拟建过江隧道为例,分析工程河段的来水来沙特点,采用二维水流泥沙数学模型对不同水文年条件下河段河床最大冲刷深度进行了研究。在验证模型水流和泥沙冲淤相似的前提下,确定了动床模拟的不利水沙系列为2007—2010年+1998年+300年一遇洪水流量过程,并结合地质勘测资料对模拟结果进行了合理预测。最终确定过江隧道断面河床左汊最大冲深为10.85 m,右汊最大冲深为8.87 m,该结果对拟建过江隧道工程而言偏于安全。     

长江河口南槽近期滩槽水沙输移特性分析

为了深刻认识近期长江河口演变趋势,依据2005,2006年和2010年长江口南槽滩槽洪枯季实测水文泥沙数据,分析了主槽与浅滩的水动力条件及悬沙浓度的时空分布特征。利用机制分解法,研究了河口滩槽间泥沙输移及交换机制。研究结果表明,长江口南槽主要以往复流为主,落潮流速大于涨潮流速。随着水深变浅,水流流速过程线存在差异,使不同区域的水流挟沙能力和输沙过程不同。输沙以平流项输沙通量为主,但潮泵作用在南槽地区泥沙输移中也占有重要地位,形成"主槽出沙、浅水进沙"的输沙模式,促使南汇边滩前缘缓慢淤涨。     

飞云江口二维潮流泥沙数值计算

建立了飞云江口二维潮流泥沙数学模型.模型经验证后,计算分析了凤凰山深水港区两个规划方案下的水流变化及泥沙回淤强度.计算结果表明,方案2的回流范围和泥沙回淤强度均小于方案1.