涉水工程泥浆排放输移扩散数值模拟

以含沙水流为研究对象,采用一般曲线坐标系下平面二维水沙输移数学模型对长江武汉河段岸边高浓度泥浆排放所形成的浓度场进行了数值模拟.模型重点考虑了高浓度泥浆在输移扩散过程中与河床的交换以及泥沙级配、河床变形对水沙运动的影响,计算结果能为工程单位决策提供科学依据.     

考虑粘性泥沙运动的黄河口二维水沙输移数学模型

为研究黄河口的水沙输移规律,采用基于无结构三角网格下的有限体积法建立了平面二维水沙数学模型.模型中分别采用不同方法处理粘性和非粘性沙的输移源项,并引入经验证的粘性沙输移源项改进公式.采用已有的概化水槽冲淤试验资料对模型进行了验证,然后应用于1982年6月至1983年5月期间黄河口水沙输移的数值模拟,计算得到的潮位过程及冲淤量与实测资料符合较好,结果表明模型能够较好地模拟考虑粘性沙运动的黄河口非均匀沙不平衡输移.最后比较了不同泥沙输移源项处理方式对模拟结果的影响,计算表明在黄河口水沙输移数值模拟中需要采用非均匀沙模型并同时考虑粘性和非粘性泥沙的输移.     

三峡水库蓄水后长江中下游典型分汊浅滩河段演变趋势预测

汊道兴衰、洲滩的演变与其水沙输移特性密切相关.以沙市典型分汊浅滩河段为例,从河段水沙输移特性出发,结合水流泥沙、河道地形等实测资料,分析其河床演变特点,并根据三峡建库后水沙条件变化的特点利用数学模型预测了该河段的汊道和洲滩发展趋势.研究表明:所建模型能够准确地模拟该河段的水沙输移特性及洲滩的演变规律,因而具有较好的预测功能,三峡水库蓄水后河段洲滩动态变化结果与实测结果较吻合,这对三峡水库蓄水运用后其它分汊浅滩河段的研究具有借鉴意义.     

黄河下游河道滩岸崩退与淤长过程的耦合模拟

黄河下游滩岸变形时常发生,对河床稳定、防洪安全、滩区耕地保护等方面产生诸多不利影响,因此有必要在河道水沙数学模型中考虑滩岸变形计算。以一维水沙输移及床面冲淤计算模型为基础,结合滩岸崩退与淤长计算模块,建立了能同时模拟河床纵向冲淤与滩岸横向变形的耦合模型。采用该模型计算了黄河全下游（755 km长河道）的河床纵向与横向变形过程,选取2018年及2020年作为率定及验证年份对该模型进行测试。计算结果表明：该模型可以很好地模拟黄河下游滩岸崩退及淤长过程,黄河下游游荡段、过渡段、弯曲段河段平滩宽度的计算误差在2018年分别为4 m、5 m、1 m,三河段误差在2020年分别为12 m、14 m、4 m;黄河下游三河段滩岸变形程度差异较大,游荡段滩岸变形幅度远大于过渡段与弯曲段,过渡段与弯曲段变形幅度相差不大;三河段滩岸崩退幅度均大于淤长幅度,体现出下游河床呈现展宽的趋势;黄河下游滩岸崩退与淤长会对河床冲淤产生重要影响,其中游荡段滩岸变形对于河床冲淤影响较大,而过渡段及弯曲段的河床变形主要表现为水沙不平衡输移引起的床面冲淤。     

长江中游监利河段崩岸数值模拟

以监利河段为例,针对弯曲河段复杂的地形和河势,基于移动坐标的计算原理,建立移动坐标下的平面二维水沙数学模型.通过在泥沙运动方程中增加横向输沙项,对该模型进行扩展,使其能较好地模拟弯道环流的横向输沙效应.借助土力学中边坡稳定性理论,对河岸崩塌变形进行数值模拟.通过对该河段水流泥沙运动过程及河床演变过程的复演结果分析,表明该模型不仅能够模拟该河段水流运动规律,而且能模拟河道的崩岸.     

珠江南河道平面二维非恒定流水沙数值模拟

基于贴体正交曲线坐标系下沿水深积分的平面二维非恒定水沙数学模型对珠江南河道水沙运动和泥沙冲淤进行了数值模拟,在确定悬沙絮凝沉速时考虑了泥沙粒径、盐度、含沙量及水流紊动的影响,针对河口泥沙双向交换的特点,对泥沙冲淤函数φ作了改进,对挟沙力级配公式进行了调整,改进了现有模型,并利用河段实测水文资料及原型观测数据对模型进行验证,结果表明,模型计算的沿程水位、流速分布和泥沙输移以及河床冲淤演变与资料符合较好。     

弯曲复式河槽水流泥沙因子的横向分布模型及其应用

在弯道环流的作用下,滩槽水沙交换的强度和模式明显有别于顺直河道情况,其研究内容相对复杂。目前,对弯曲河道水沙输移规律尚缺乏较系统的研究。将SHIONOKNIGHT方法拓展应用到弯曲复式河槽中研究弯曲河道的水沙因子的横向分布规律,从考虑侧向二次流惯性力和河道弯曲程度的动量方程出发,对水流微小控制体进行了受力分析,建立了复式断面流速横向分布模型,得到了复式断面流速和挟沙力的横向分布规律,最后论证了不同弯道曲率对复式河道水流泥沙因子横向分布的影响。     

植被作用下的弯曲复式河槽漫滩水流2维解析解

研究植被作用下的弯曲复式河槽流速分布对于确定其过流能力、泥沙输移、河床变形、滩岸保护有着十分重要的作用。作者研究了有植被的弯曲复式河槽中的垂线平均流速横向分布问题,在动量方程中加入滩地植被引起的拖曳力项,并考虑弯曲主槽和二次流的影响,采用3种不同的紊流扩散项积分方法,得到了3种计算模型。运用英国FCF弯曲复式河槽试验资料对模型进行验证,结果表明,在不同区域选取合适的二次流系数K比仅考虑主槽中的K值能更好地预测流速分布;滩地种植植物后,主槽中的K值明显增大;3种模型的预测结果在滩地上基本相同,主要差别出现在主槽区和掺混区。通过比较分析不同模型的计算误差,得到了计算结果最优的模型。     

长江土脑子河段曲线二维动床模型研究

采用控制体积法与SIMPLE算法对一般曲线坐标下控制方程进行离散和求解,建立了长江土脑子河段曲线二维动床模型.模型控制方程离散时物理量布置采用非交错网格,避免了采用交错网格时所需的大量插值计算,提高了计算效率.模型较全面地考虑了非均匀悬移质及推移质运动,具有较好的普遍适用性.通过长江土脑子河段三峡水库蓄水以后2004年3~6月实测水沙资料对模型进行了验证,计算结果表明模型能够合理地反映土脑子河段水沙运动及河床变形规律.     

荆江微弯分汊浅滩的水沙输移及河床演变

沙市河段为长江中游典型长顺直微弯分汊河段,河床演变复杂.对该河段水流变化规律、河床冲淤模式进行了分析,探讨了来水来沙及河床形态对河道水沙输移的影响.河床冲淤由来水量、来沙量和河床形态共同决定,但河床形态与流量过程在更大程度上影响着河床冲淤特性,放宽段河床冲刷深度与单宽流量变化率之间较好的相关性便体现了这一点.考虑来流及河床形态的决定性作用,对该河段的主流摆动特性进行了分析,认为汊道兴衰交替是河床演变的主要特性.     

射流主动流动控制对舰船甲板流场的影响

随着舰船的发展和大量应用,舰船甲板流场的分析与控制的重要性进一步凸显出来。为改善舰船甲板流场,提出了一种新型的基于射流装置的主动流动控制方法,并以直升机桨盘位置为例分析了不同射流装置参数对于直升机桨盘流场优化的效果。首先基于Navier-Stokes方程建立了舰载直升机甲板流场的数值模型,以研究基于射流主动流动控制对舰船甲板流场的影响。然后该方法选取k-ε湍流模型,并通过算例验证了方法的有效性。最后模拟得到添加射流装置的舰船甲板流场流线与速度分布,结合流场信息对旋翼受力的影响对比分析了加装射流装置对舰船甲板流场的流动控制作用。结果表明：上射流的添加可以使得甲板流场中回流区的影响范围减小,从而使得桨盘流场速度梯度减小;桨盘流场速度梯度的减小可以有效降低旋翼气动力变化和响应水平;不同的来流角下添加上射流装置均能通过控制甲板流场从而减小响应,提高直升机的安全性。射流速度对流场控制效果影响显著,应结合射流装置安装位置选取最优射流速度从而达到较好的控制效果。     

真假流水施工辨析

文章指出了不少文献资料中关于流水施工描述与应用的不足,将之界定为"假流水施工"。同时,通过分析提出了什么是"真流水施工"以及应用关键。     

圆柱绕流的流动分离控制

流动分离现象在穿透自由液面的圆柱绕流过程中非常明显,也是造成各种海洋结构物阻力性能恶化的重要原因.针对此问题,开展了应用生涡器装置控制流动分离的试验研究和CFD模拟.通过生涡器可以在流动分离以前向边界层内触发小尺度涡,从而增加边界层底部的动量,抵抗流动分离的发生.圆柱绕流的拖曳试验结果表明,生涡器可有效抑制圆柱后体的流...     

气液两相流流型的ECT软测量技术

提出一种基于ECT技术的气液两相流流型判别软测量模型．以ECT传感器输出中提取的特征参数作为软测量模型中的辅助变量，气液两相流的流型作为模型中的主导变量，利用人工神经网络建立了主导变量和辅助变量之间的数学关系，进而实现对气液两相流流型的在线判别，仿真结果表明，此方法判别精度高、判别速度快，为两相流流型的在线辨识提供了一种有效的手段。     

旋流排气管的一维非定常流动研究

在不考虑摩擦,且管道通流面不变时,针对旋流排气管的一维非定常流动数理模型中旋流动量矩方程的特殊性,采用一种新型含有可导函数的变形加法分离变量法,导出满足该方程新的代数显式解析解。该解含有任意可导函数,即有无限多个解。由此提出了求解一阶线性齐次偏微分方程的新算法,即含有可导函数的加法分离变量法。理论研究表明,由加法分离变量法所得的解为自变量的任意可导函数都可满足该类方程。     

漩流中间包流场的数值模拟

采用CFD软件Fluent对漩流中间包内的流场进行了数值模拟,分析了漩流中间包内的流场特征,以及漩流室的加入,中间包内的流动形态.模拟结果表明,由于漩流室的加入使湍动能耗散主要集中在漩流室内部,有利于夹杂物的聚合长大;漩流室的加入可改善钢液的流动状态,利于夹杂物的上浮。由于入口位置的非对称布置,造成了漩流中间包内的流场在入口区呈明显的非对称分布,这些结果为进一步优化漩流中间包内漩流室的位置和中间包挡墙参数提供了理论依据.     

复合流化的烟气脱硫循环流化床气固相研究

针对常规循环流化床烟气脱硫技术中仍存在的问题,提出了复合流化的烟气脱硫循环流化床.在文丘里管内安装轴向叶片,形成了直流和旋流组合的流化方式,并采用试验和数值模拟相结合的方法研究了气固相冷态流动规律,与文丘里管直流流化的规律进行了比较.结果表明,这种非均匀布风的复合流化方式比直流流化方式提高了切向速度,增加了塔内颗粒的停留时间,提高了颗粒浓度,增强了湍流脉动,加强了横向的扩散与混合,有效改善了流场均匀性,而且流动更快地达到均匀分布,改善了脱硫塔内的流动.复合流化的烟气脱硫循环流化床技术是一项有应用前景的技术.     

分叉隧道分流局部损失特性及流动特征

搭建同步满足阻力和压力相似的1/20分叉隧道通风比尺模型试验平台,并构建分叉隧道分离流动的三维CFD模型.研究分叉隧道流动特征和分流局部损失特性.结果表明：流速梯度变化和流动分离是产生主线分流局部损失的主因,而匝道分流局部损失还进一步受到流速转向的影响;主线隧道分流局部损失系数基本不受夹角的影响,而匝道分流局部损失系数在分流比小于0.5时,随着夹角的增大而增大,在分流比大于0.5时,随着夹角的增大而减小.利用试验数据修正Bassett公式,建立可准确预测夹角为5°~15°分叉隧道的分流局部损失系数计算公式,从而为分叉隧道的通风计算提供理论参考依据.     

活塞内冷油腔两相流振荡可视化模拟

设计并搭建一个活塞振荡两相流可视化模拟试验台,利用3D打印技术还原某型号柴油机的活塞内冷油腔,针对甘油水溶液以及大豆油2种不同的冷却介质,在可视化拍摄流场图像的同时,收集出油数据并计算通过率. 研究发现,所采用的试验方法可摒弃喷油飞溅干扰,准确采集出油量数据,获得了清晰可辨的可视化图像. 将拍摄结果进行对比分析,并对两相流振荡的流型进行辨识和分类,发现当雷诺数达到20 000以上时,两相流振荡的流动状态会发生明显变化,流动进入强湍流状态.     

基于三维流动理论的液力变矩器设计流程

介绍了W 305型液力变矩器开发的过程。在基本几何参数一致的基础上,设计了5种液力变矩器叶栅系统方案,并且对包括W 305型液力变矩器比较基型在内的6种方案进行了稳态试验比较分析。对内流场进行了仿真分析,探讨了液力变矩器性能提高的本质原因。试验和仿真的结果充分证明了本设计方法的科学性和准确性。