温排水变态模型的水平扩散相似问题

温排水变态模型扩散系数与模型变率之间存在着密切联系,了解、明确温排水变态模型的扩散相似影响,对温排水试验模型设计、几何变态率选择以及提高模型模拟精度具有重要意义。本文总结分析了前人关于污染物水平扩散系数计算方法以及扩散相似问题等相关研究成果,据此提出了宽浅型水域污染物水平扩散系数通用计算模式。在此基础上,基于可控温、湿度条件下温排水输移扩散水槽试验与数学模型反演计算分析相结合的方法,开展了散热相似条件下不同变态率模型温排水输移扩散影响对比研究,对不同变率条件下流场、温度场主要特征参数及水平扩散项参数取值进行了深入的分析,提出了宽浅型水域变态模型水平扩散系数与模型变率间的计算关系式。经原型实测资料验证,该关系式在宽浅水域具有良好的适宜性,可用于温排水及其它污染物输移扩散变态模型与原型间水平扩散系数的转换计算。研究结果为今后宽浅型水域中温排水或其他污染物输移扩散数模计算、物理模型试验参数选择奠定了良好的基础。     

潮汐水域电厂温排水的水流和热传输准三维数值模拟

本文采用浮力修正的k-ε湍流模型，三维离散型边界拟合坐标变换下的控制体积法，进行滨海电厂冷却水工程的潮汐水流和热传输的三维数值模拟研究。以泉州湾水域某核电厂冷却水工程为例，对表排深取的工程布置方案进行了数值计算。计算所得的该水域潮位、流速和流向与原体观测资料吻合良好；所得温排水的温升范围以电厂排水口为中心，沿泉州湾北岸成带状分布；对排水口近区垂向温度分布计算结果与物理模型试验值进行的比较分析表明，排水口附近区域有明显的热水分层现象，但其热水层比试验结果偏小，考虑到物理模型试验也存在着变态效应，总体上认为温度场的计算结果与试验资料趋势一致。     

实体模型变率研究

 通过系列变率模型试验研究表明,模型变态对水流与泥沙运动均有不同程度的影响：当变率不大于10,且分流角与两汊过流横断面面积相差均不大时,模型变态对汊道的分流比影响甚微;当变率大于4、模型宽深比小于5时,模型变态对纵向垂线平均流速分布、弯道水流动力轴线及其河床变形影响较大,并且模型变态对泥沙冲淤相似的影响较对流场的影响更为敏感。研究还表明,模型变率大小的选择与研究问题的性质密切相关。     

模型几何变态对弯道悬移质泥沙冲淤变形影响试验研究

选择变率e=1,2,4,6,8,10的系列弯道概化模型,采用相似的水沙条件进行动床模型试验,根据各变率模型试验成果与正态模型对比,研究模型几何变态对弯道悬移质泥沙运动引起的冲淤变形的影响,并分析其影响因素,为河工模型的试验研究和生产实践提供借鉴.研究结果表明,悬移质泥沙运动相似性与模型变率成反比,与宽深比和弯道曲率半径成正比;当模型变率不大于4、宽深比不小于6.3时,河床变形与正态模型基本相似,反之,则相似性较差;就满足弯曲河道悬移质泥沙冲淤变形相似性而言,模型几何变率不大于4为宜;在同变率条件下,河床变形的偏离程度,弯道段大于顺直段,弯道凸岸模拟采用动凸岸比定凸岸河床变形更为相似.     

典型环境流条件下温排水变态率数值模拟研究

采用雷诺应力模型,对典型环境流条件下不同几何变态率的温排水出流流场、温度场进行了数值模拟研究,得到了不同工况下流场与温度场的分布情况,与物理模型试验结果基本一致。同时也发现,在模型变态率ε≤3情况下,不同变态率模型的流场与温度场基本特性大致相同,说明小变态率模型基本可以反映取排水口近水区流场与温度场的基本特性,这与前人的研究成果是一致的。     

基于Flow-3D的陡坡弯道水流三维数值模拟

弯道急流有其独特的冲击波现象,流态极其复杂,为研究弯道对急流的影响和提出改善措施增添了困难。采用RNG k-ε双方程紊流模型和VOF法,以某工程溢洪道为依托,利用Flow-3D软件,对陡坡弯道段的急流进行了三维数值模拟,通过物理模型试验数据的验证,显示数值模拟结果的正确性。通过计算结果,分析了陡坡弯道对急流流态的影响,提出了导流墙法的弯道急流优化方案,通过物理模型进一步证明,采用导流墙法可有效改善急流弯道水流流态,表明借助Flow-3D软件对弯道水流进行三维数值模拟是可行的。     

急弯段闸孔出流的弯道水流特性研究

在河弯处修建水工建筑物时,研究弯道水流特性对水工建筑物布置的影响十分重要。采用RNCκ-ε紊流模型对急弯段闸孔出流的弯道水流进行了三维数值模拟。通过模拟计算,比较分析了急弯段不同闸位、不同流量条件下闸孔过流时的流速分布、紊流动能、压强分布和环流等相关水流特性与变化规律。分析研究结果表明,闸坝位于弯道上游时,弯道对闸坝过流的影响最小,但需对闸坝下流弯道凸岸岸坡附近区域采取一定的防护措施;闸坝布置在弯道中游时,过闸水流受弯道的影响最小,闸室水流的稳定性、闸门的工作安全以及闸墩的空蚀破坏都是实际工程中需要注意的重点。数值模拟验证与物理模型试验结果吻合较好,计算精度较高,能够满足相关计算研究要求。     

连续弯曲河道点源污染物输运特性三维数值模拟

为研究连续弯道水流中污染物的输运过程，参考连续弯道水流标量示踪试验，构建了水动力-污染物耦合三维大涡模拟数值模型，分析了点源污染物不同横向和垂向释放位置对下游河道污染物浓度分布特性的影响。结果表明：连续弯道内的纵向流速、涡量与紊动能大小存在关联且二次环流对污染物的输运及混合起主导作用；点源在连续弯道进口的横向和垂向布设位置将显著影响污染物的混合速率和空间分布范围；当点源在横向上布置于弯道进口中心和中心偏凸岸处，或在垂向上布置于弯道进口底床或水深中间处，下游污染物的混合速率最大，且影响范围更广；近场的污染物混合速率和影响范围呈正相关关系；连续弯曲河道中，点源位置的差异对污染物混合的影响主要体现在单个周期的弯道内。     

基于不同数学模型对某弯道式渠首水沙运动的数值模拟对比研究

以新疆某弯道式渠首为研究对象,分别采用CCHE和Fluent建立数学模型,对该渠首水沙运动规律进行数值模拟研究,并将模拟数据与物理模型试验结果进行比较分析。研究结果表明:两种数值模型的计算结果与物理模型结果吻合都较好,但与Fluent模型相比,在水流流态方面,CCHE模型能更准确地反映弯道下段自由水面的横比降现象;在泥沙横向淤积方面,CCHE模型可充分体现环流作用下泥沙冲淤效果;在计算用时方面,CCHE模型也明显耗时更少,证明CCHE模型能够更高效、更准确地模拟预测弯道水沙运动。     

弯道流水域热浮力排放扩散器参数优化物理模型试验研究

弯道河流水域排放口布置常选择在弯道凹岸侧,以充分利用弯道环流加快稀释,然而弯道环流条件下排放口近区稀释特性与均匀流条件下存在较大差异,相关研究较少。本文在大比例尺物理模型试验中模拟复杂地形和弯道流动条件下扩散器热浮力排放近区稀释规律,采用平面激光诱导荧光(Planar Laser Induced Fluorescence,PLIF)技术进行断面浓度测量,分析了弯道环流对近区浮射流稀释扩散的影响,对扩散器出流仰角、出流水平方位角和离岸距离等进行了优化,在此基础上提出了适用于弯道水域地形条件热浮力排放的近水平非等高多喷口离岸向排放型式。研究结果对于类似弯道水域热浮力排放扩散器优化研究具有参考意义。     

产流模型蓄水容量的一种尺度校正方法

针对不同尺度下地形指数以及蓄水容量的差异问题,以流域栅格地形为依托,提出了蓄水容量的一种尺度校正方法.以地形指数作为辅助因子,通过引入分辨率因子和分形理论分别对决定地形指数的上游集水面积和坡度两个变量进行尺度校正,并根据地形指数与蓄水容量之间的关联关系,计算地形指数校正后的不同尺度蓄水容量.实例验证结果表明,校正后的尺...     

调压井模型试验变态比尺的研究

本文对有压井定流调压系统，其中包括调压井，进水隧洞，压力管道三部分的变态模型设计进行了系统的研究，提出了模型比尺的相关性概念，研究表明，仅从涌波方程推导相似条件往往产生顾此失彼问题，文中还提出了变态模型比尺的参数表示法，通过该方法可实现变态模型比尺的优化选择，研究还指出，当调压井的比尺小于１／２５时，整个系统完全正模型是难以实现的，得出的结论表明，不仅可以，而且应该变态模型比尺同时满足涌波方程，水     

比尺模型上床面切应力研究及应用

用比尺模型研究了湘江洪道刘家坝弯曲型河段的床面切应力，得出了整治工程前后床面切应力的平面分布和阻力沿程的变化。根据试验结果，从河流阻力角度对刘家坝滩整治工程进行了评论。     

变态模型对水流运动相似的影响

归纳了模型变态的三种主要方式,重点对垂直比尺与水平比尺不同（λh≠λl=λB）的方式进行了介绍,分析模型变态对水流运动相似的影响,推导建立了其变态模型比尺关系,并重点推导出了矩形、梯形断面河渠的糙率比尺关系式。     

分散输水系统船闸出水孔段廊道的水工模型缩尺影响

对已有的船闸出水孔段廊道的模型试验及原型观测资料进行了对比分析后 ,指出该段廊道的阻力系数 ,除沿程摩阻损失可按糙率及雷诺数进行校正外 ,其余均属局部阻力性质 .在廊道雷诺数达到 5× 1 0 4 后 ,基本上不存在模型缩尺影响     

某水库底孔减压模型试验研究

讨论了形成初生空化数比尺效应的水动力原因及热动力原因,从Rayleigh-plesset泡动力方程出发建议了初生空化数比尺效应的修正方法,用减压模型测定了某水库底孔事故平板门槽及泄槽突扩跌坎后的模型初生空化数KiM及给出了经空化比尺效应修正后的原型初生空化数Kip。     

物理性流域水文模型研究新进展

在计算机、空间观测等相关学科发展的推动下,物理性流域水文模型目前己成为流域水文模拟研究的重要发展方向。国内外很多学者通过一些新理论、新方法的应用,促进了物理性水文模型的研究,同时也使它成为了一个充满机遇和挑战的活跃领域。传统的物理性流域水文模型以数值求解控制水流运动的偏微分方程组为基本手段,存在模型应用尺度和方程适用尺度不匹配的尺度问题。为了解决这一问题,学者们开展了大量的思考和研究,同时也构成了当代水文学理论研究的中心内容,目前在物理性流域水文模型方面的研究可以归结为3个代表性的发展方向：在物理性和计算效率之间取得平衡的准物理性水文模型、基于不规则网格的物理性水文模型以及直接在宏观尺度建立数学物理方程的尺度协调的物理性水文模型。     

非线性双时间尺度紊流模型的研究与应用

在双时间尺度紊流模型的基础上，对线性涡粘性模型进行了修正，建立了封闭的非线性双时间尺度紊流模型。采用交错网格系统和有限体积法，将修正后的模型应用于具有回流的突扩流的紊流模拟中，其计算结果比采用双时间尺度紊流模型的计算结果有进一步的改进；对泄洪洞进口三维流场的数值模拟的结果与试验结果也较为吻合。     

泥沙模型时间变态影响消减措施探讨

针对长江中下游河段泥沙模型时间变态影响及其消减措施的问题,通过回顾以往相关研究工作,分析了时间变态成因及其影响,并评述了消除或减弱泥沙模型时间变态影响的有关措施或设想。在此基础上,以长江南京河段泥沙模型为实例,基于调整模型水沙过程概化方式的思路,进行了消减时间变态影响的试验研究。结果表明:按水沙过程逐日平均概化方式进行泥沙试验基本可行,有望在长河段模型试验中解决或改善时间变态所带来的涨水水量不足和落水水量排除的难题。     

泥沙实体模型时间变态问题的研究

运用数学模型对陈家湾~新厂河段实体模型进行数值模拟,采用该河段2002年10月~2004年7月实测水沙资料,对实体模型时间变态有关问题进行了系列研究。分别采用容重为1.38t/m3及1.15t/m3模型沙比较了沿程水位、流量、流速、含沙量等基本参数的变化过程与原型的偏差,以及由此引起模型河道冲淤量与原型河道的偏差,并对这些物理量偏差的原因进行探讨。