浮体结构沉浮过程周围水流特性研究

浮体结构作为一种环境友好型装置已广泛应用于平原防洪水利工程，但在浮体沉浮过程中，周围水流变化会影响浮体结构的安全运行。采用物理模型试验，对浮体结构长度以及吃水深度不同时浮体周围的水力特性及回流区进行了测量分析。结果表明：由于浮体的阻挡，靠近浮体背水面位置的水流流速减小；吃水深度增大导致过水断面减小，最大流速增大且位置下移，回流区范围增加；浮体结构长度变化对流速分布影响较小，但随着长度增加，回流区长度减小；浮体长度的增加以及吃水深度的减小会提高浮体结构的稳定性。     

浮体闸定位施工中的水力特性研究

本文研究了浮体闸定位的工作原理,并在此基础上构建了浮体闸定位施工水力特性数学模型,给出基于水力特性研究模型的连续性方程、动力方程组及动能输运方程,对浮体闸定位中的阻力、流速分布及浮体闸剖面压强分布等进行数值模拟,得到吃水深度、转动速度以及水流速度等浮体闸的水力特性;对浮体闸转动阻力的影响因素进行了研究。并基于此得出浮体闸开启和关闭时对水体流速影响的变化规律。     

水闸规模对河道水动力水环境的影响研究

水闸规模与所处河道宽度的差异一定程度上会阻碍水流流通,造成水体置换周期延长,极易诱发水体富营养化,故确定水闸建设规模对河道水动力水环境的影响对维护水安全具有重要意义。以上海市青浦区跃进圩区内的闸坝为研究对象,采用一维水动力水质模型模拟预测了不同闸宽条件下跃进片各断面最大流量、总进水量等水动力变化特征以及COD、NH3-N、TP等营养物质的浓度变化,探讨了圩区水闸闸孔宽度与河道断面匹配关系,分析了闸孔宽度变化对水量水质的影响。模拟结果表明：闸门宽度的增加将直接引起过闸的最大流量线性增大,而总进水量与水质改善情况更大程度地受限于闸门河宽比。在现有引排水量及闸泵调度规则下,跃进片区的临界闸门河宽比约为2/5。     

大跨度浮体门动力稳定及流激振动试验研究

随着我国水闸工程的不断兴建,超大尺寸的泄水闸不断涌现。巨型浮体门也开始应用于超大跨度闸孔的挡泄水运行。由于该型闸门采用浮箱单侧立轴平面旋转型门型,其运行特征与常规直升式或上翻式弧形闸门不同,且需在动水中启闭运行,存在水动力作用和水位雍高等带来的门体振荡、动力稳定等一系列技术难点,因此通过特制的 1∶25水弹性振动模型考查不同下泄流量及不同启闭速度下浮体门的振动和稳定性特征。通过闸门结构的水力结构特征试验,系统进行闸门启闭运行的稳定性和安全性研究,获得大闸孔闸门结构在特定条件下的振动加速度、振动位移、刚体晃动量以及闸门支铰力、支铰立轴动态位移等动力参数。揭示浮体门闭门过程中动水流速和自动闭门关系,提出避免出现闸墩碰撞,启闭门钢丝绳全程受力控制等措施。获得了需要严格控制闸孔下泄水流流速流量、降低闸门启闭速度,确保浮体门运行安全性的基本结论。该项研究成果为类似大型泄（挡）水闸工程设计建设提供了参考依据。     

基于SPSS的新型沉沙池的影响参数分析

新型二级水沙分离设施圆中环沉沙排沙池的设计影响参数较复杂,彼此关联性较强,为了便于优化设计参数,以试验数据为基础,运用SPSS软件,分析其流量与沉降时间、内环半径与沉沙粒径的关系。研究结果表明:相同中心出水环高度条件下,随着进水流量增加,泥沙沉降量不随流量的增加而变化,内环泥沙沉积形态和沉降量基本相同;沉降时间随进水流量的增加而骤减,两者成反比关系,但进水流量大于3 m3/s,沉降时间基本不变。中心出水环增高1.26 m可有效延长泥沙沉降时间和增加内环沉沙容积利用率。随着内环半径增加,最大沉降粒径迅速减小,内环半径与最大沉降粒径成二次函数关系,但在半径大于12 m时,最大沉降粒径基本不变;最大沉降粒径与中心出水环高度无关。研究表明现状"圆中环"设计半径是合适的。     

不同闭门速度下的闸门水动力特性数值模拟

采用RNG k-ε湍流模型、VOF模型及动网格技术,对平面闸门动水关闭过程进行了数值模拟,分析了闭门时闸门区的流场特征及闸门门体水动力特性,发现闸底附近压力梯度大,闸下压力沿水流方向逐渐减小;研究了以不同速度闭门时闸门底缘的压力情况,发现闭门速度对底缘压力影响较小,可适当增大闭门速度,快速闭门,确保闸门体系的安全运行。研究结果可为事故闸门的水力设计及运行提供一定的参考依据。     

大型浮体闸水工模型试验方法

根据浮体闸水动力量测要素的相似要求,详细分析水工模型试验所遵循的相似准则和设计试验方法,提出了双模型试验方法。基于工程安全和减小误差的原则,得出如下结论:浮体闸水力模型应按重力相似准则设计,以保证模型水流处于紊流阻力平方区,并且使模型浮体闸各部分质量分布与原型相似,结构振动模型在线应变比尺接近1的情况下可以独立地选取长度、弹性模量和密度比尺。简单介绍了模型浮体闸控制量测试验装置设计及测力传感器的布置方式。     

基于VBA的水闸消力池深度计算方法

使用AutoCAD中内嵌的VBA编程工具对水闸设计系统进行二次开发,分析了消力池深度与过闸流量的关系,编写出相应可视化程序,使用户在设计过程中,只需输入相关参数,将Excel表格通过添加的方法作为一个控件来使用,便可自动输出计算表格及两者的关系曲线。消力池深度与过闸流量关系曲线表明,随着过闸流量增加,消力池深度先逐渐增加,然后逐渐减小。     

弧形闸门开启过程非恒定流流量系数研究

为探究非恒定流流量系数特点,采用RNG k-ε紊流模型结合动网格技术对某工程Y形宽尾墩表孔弧形闸门开启过程进行了三维动态数值模拟研究,根据过闸流量滞后的特点,将闸后水流分为滞后式、过渡式和平稳式3种流态。分析了闸门开启过程中水流流态及非恒定流流量系数与闸门开启速度和溢流堰顶水头的关系,指出非恒定流流量系数随闸门开启速度的加快及堰顶水头的降低而减小,并给出不同开启速度和堰顶水头情况下适于过渡式及平稳式水流的流量系数经验公式。部分结果与试验结果进行对比,吻合良好,验证了数值方法的可靠性。     

南水北调中线干渠闸门同步关闭水力响应特性

构建南水北调中线干渠局部一维非恒定渐变流模型，以“刁河闸—湍河闸”渠池为例，测试闸门调控方式和 渠道运行条件对闸前壅水峰值水位、达到峰值水位所用时间、水力振荡频率、水力振荡幅度等水力响应特性的影 响。研究表明：水力振荡上升过程快，下降过程慢，波幅随时间呈对数函数衰减；闸前壅水峰值水位随闸门关闭速 度、闸门关闭幅度、输水流量、运行水位、渠道糙率的减小而近似线性地减小；达到峰值水位所用时间对输水流量、 运行水位和糙率变化不敏感，随闸门关闭幅度和输水流量的增加而近似线性减小；水力振荡频率对闸门关闭所用 时间、闸门关闭幅度、输水流量和糙率变化不敏感；水力振荡幅度对运行水位、糙率变化不敏感，随输水流量的增 大而快速衰减。     

生物倍增反应器气泡流态特性分析

利用激光粒子图像测速技术(PIV)对生物倍增反应器在7种不同进水流量下的气泡流态特性进行了测量和分析,利用特征正交分解方法对所测2个截面的气泡流场进行分解,提取流场中含能大尺度结构。结果表明, 进水流量的增加导致了气泡轴向速度减小,径向速度增大,气泡附壁效应增强;不同进水流量对气泡的扰流影响程度不同,气泡流态的速度场和涡量面积分布存在差异,在特定工况下气泡流场产生了涡旋。上部区域进水流量为0时,1阶模态占能比例最高,约为7.2%;下部区域进水流量为0.18 m3/h时,1阶模态占能比例最高,约为4.5%。低阶特征模态中存在明显的大尺度结构,且大尺度的流动结构与液相混合行为间接相关。当进水流量为0.90 m3/h时,2个截面的涡量面积分布最均匀,气泡死区最少,此时气泡流态最佳。在本试验条件下,进水流量为0.90 m3/h时,反应器整体气泡流态最佳。     

淮河入海水道泄洪能力与洪泽湖运行水位关系研究

在实测水文、地形和闸涵枢纽资料的基础上,建立了包含洪泽湖及主要出入湖通道在内的大范围二维水流数学模型,对洪泽湖中低水位下(13.0～14.5 m)湖区水流特性、分流特性和出湖段局部水动力特征等进行了计算与分析,揭示了洪泽湖泄洪不畅的原因.结果 表明,湖区主流在南侧由淮河口大幅摆弯至三河闸入江,呈明显的吞吐之势;随入湖流量的增加和洪泽湖水位的不断抬高,南北侧分流线逐渐北移,经北侧二河闸及入海水道的泄洪流量占比有所加大,而出湖段水面比降整体有所减小;北侧出湖段二河闸上游引河的河槽狭小,形成卡口区,在中低水位期大幅限制了洪泽湖北侧的泄洪能力.     

梁寨闸站泵装置流道CFD优化设计

梁寨闸站是"江苏省南水北调一期配套工程郑集河输水扩大工程"中单机流量最大的泵站,该站设计采用肘形流道进水、虹吸流道出水。文章运用数值模拟软件,通过对进、出水流道进行多方案比选,根据比选结果优化了泵站装置流道CFD设计方案,并给出了性能曲线计算结果和外特性图。该站优化设计方案对类似工程具有一定的参考价值。     

排架渡槽流固耦合风振动力响应分析

以排架渡槽为研究对象,通过自回归滑动平均(ARMA)模型模拟脉动风,针对不同水深研究渡槽的动力特性,并采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法对比分析了矩形渡槽和U形渡槽流固耦合体的风振动力响应.结果表明:对于等流量工况,U形渡槽较矩形渡槽基频低;在风荷载作用下,U形渡槽槽壁上的动水压力比矩形渡槽大,但U形渡槽的横向位移响应和倾覆力矩比矩形渡槽小.     

溢流堰表孔弧形闸门开启过程非恒定流水力特性

采用RNGκ-ε紊流模型结合动网格技术对某水利工程Y型宽尾墩泄洪表孔弧形闸门开启过程进行了三维动态数值模拟研究。为了解闸门开启过程中各相对开度的水力要素特性,采用6种不同的开启总时间,给出各开启总时间对应的闸后流速、压强等水力要素对闸门开启速度的依赖关系,并定义了反弧及消力池3个压强分布区域。研究表明,闸门开启总时间较小时,闸后水流的滞后效应明显,各对应相对开度时闸后水面线偏低;开启过程中溢流堰反弧处最大流速、冲击区最大压强等都会远大于恒定情况时的对应值。冲击区最大压强及其与调节区平均压强的差值随开启速度的增大迅速增加,且需经过较长时间才逐渐回到正常值。开启速度较小时,各水力要素增加较为平缓。将闸后水面线等计算结果与试验结果进行对比,吻合良好,验证了数值方法的可靠性,可为类似水工闸门运行提供借鉴。     

三汊河河口闸泄流特性与整流措施

针对外秦淮河入江口的三汊河河口闸大流量泄洪时过闸水流不均的问题,建立了江-河-水闸大范围水深平均二维数学模型来研究河口闸的泄流特性,并利用河工模型试验结果率定模型参数。对长江不同水位流量组合及河口闸上游河床地形修整工况下河口闸大流量泄流特性模拟计算结果表明,导致过闸水流不均的主要因素是河势及河道深泓位置;河口闸上游阻水建筑物的拆除对过闸偏流的改善作用有限;37 m墙长结合5°偏角的导流墙可有效改善过闸水流不均的现状。     

缆索连接水面和水下二维双浮体系统流固耦合动力学分析

针对由缆索连接的水面和水下二维双浮体系统,该文研究了其在线性规则波浪载荷作用下的流固耦合动力学特性。首先,描述了包含有动边界的浮体系统流场数学模型及其控制方程,基于ADINA软件仿真平台并采用速度边界造波法建立了数值波浪水槽,采用ADINA-FSI分析模块计算了波浪与浮体系统的流固耦合动力学响应。在此基础上,讨论了缆索密度、弹性模量以及浮体相对几何尺寸对系统水动力学特性的影响,获得系统动力学响应过程中缆索的应力状态和浮体的位姿状态及其水动力学性能。计算结果对研究海洋工程领域中由缆索连接的柔性不完全约束多浮体系统动力学行为具有重要的工程意义。     

中隔墩对大型泵站进水流道水力性能的影响

运用数值计算和模型试验相结合的方法,研究了在进水流道进口水流方向偏斜时,中隔墩对进水流道水力损失及流道出口断面的水流均匀度、水流入泵平均角度的影响,并对影响机理进行了初步分析。研究结果表明:在进水流道中设置中隔墩对进水流道的流态影响较小,设计流量时的流道水力损失增加约0.005m;当前池存在横向流速时,中隔墩对改善进水流道内的流态是有利的;进水流道水力损失的增加主要是由于隔墩的存在减小了过流面积,使得水流流速增加所引起的。数值计算和模型试验的结果基本一致。     

大寨河闸站立式双向流道轴流泵装置CFD分析

针对大闸河闸站双向流道泵装置进行CFD数值模拟计算。在设计流量工况下,对包括进水流道及延长段、叶轮、导叶,出水流道及延长段在内的泵装置全流道进行计算分析。计算结果表明,大寨河闸站双向流道泵装置整体性能较优,进水流道水力性能较好,入泵水流流态较好,出水流道内流态受到速度环量影响较大,需多加关注。     

船闸闸室底部设有气囊的三维水动力特性研究

为缩短船舶过闸时间和节约船闸用水,该文提出了一种气囊与输水系统相结合的新型船闸。基于典型的船闸尺度和气囊设计方案,采用输水动态仿真方法,研究了气囊充气流量对闸室水动力特性的影响,估算了闸室内船舶停泊条件。研究结果表明：气囊充气过程中,闸室中部形成一个明显的分流带,水体分别流向上下游闸首后呈现震荡型水流现象;当充气流量由Q=35.89 m³/s增加至77.43 m³/s,闸室纵向最大水面比降呈线性增加,相应的船舶纵向水平分力满足停泊要求,相比无气囊方案省时率达1.85%-21.11%且省水率达33%左右。