丁坝对弯道水流特性影响的数值分析

针对丁坝对弯道水流水力特性影响的问题,建立了相应的概化模型,通过数值模拟的方法研究了不同角度下丁坝对弯道水流特性、弯道水流横向水面超高和流速场的影响。结果表明,在丁坝影响下,弯道水流横向水面横比降计算公式应考虑丁坝对河道的束窄、丁坝尺寸和弯道角度等综合因素的影响进行修正,为深入探讨弯道水流特性奠定了基础。     

低佛氏数水跃下游水流紊动特性的试验研究

本文应用CDL-86型超声多普勒流速仪,对佛氏数Fr=2.16～4.34的水跃跃前断面和跃后水流的紊动特性进行了试验研究;分析了跃后水流的紊动能量、紊动强度衰减率和水跃消能率等;Fr=2.99可能是这些量变化的突变点或转折点;并通过对试验资料的回归计算得出了跃后水流的紊动能和紊动强度及其衰减率随佛氏数变化的计算式,给出了计入多种影响因素的水跃消能率计算式.认为低佛氏数水跃跃前断面流速分布不均匀以及紊动值的大小对跃后水流有较大影响,近低区较大流速梯度和较大的水流紊动作用是造成水跃下游河床冲刷破坏的主要原因之一.     

明渠水流紊动特性的LDV试验研究

在可变坡矩形玻璃水槽内,利用激光多普勒流速仪(LDV)测量了水流发展段内不同水深、不同断面的瞬时流速,获得了时均流速、紊动强度、雷诺应力沿水深的分布.试验结果表明,紊流发展段内与充分发展段内水流的紊动特性存在一定差异,但亦有一定的规律性.     

含天然沉水植物明渠紊流特性研究

鉴于研究含植物水流的紊流特性对河流治理及湿地恢复的重要意义,在大结构混凝土水槽中,以天然沉水植物狐尾藻和菹草为试验植物,利用三维超声波测速仪（ADV）测量含植物段水流,对5种工况下明渠紊流特性进行了研究。结果表明,含沉水植物水流时均流速垂线分布呈C形;植物密度较高时,紊动强度值相对较大且不同种类的植物对其影响趋于一致,低密度时紊动强度值相对较小,但垂线分布之间差异较为明显;植物密度越大脉动流速均方根值越大,同时紊流表现出明显的各向异性;雷诺切应力受种植密度及植物种类共同影响。     

淹没式勾头丁坝水流特性研究

为研究过勾头丁坝的水流特性,选用Flow-3D中的RNGκ-ε紊流模型建立了勾头丁坝水流计算三维数学模型,并采用淹没式丁坝的物理模型试验验证了所建模型能较好地模拟过丁坝水流。基于所建数学模型分析了不同型式丁坝(上伸勾头丁坝、T型丁坝、下伸勾头丁坝)的过坝水流特性,结果表明上伸勾头丁坝对水流挑流影响最小;T型丁坝勾头对水流流向改变较大,坝头处水流流速最大;下伸勾头丁坝坝身后存在回流漩涡与方向不同的两个横轴漩涡。     

单个透水丁坝对溢洪道泄槽弯道水流流态影响试验研究

为了研究单个透水丁坝对溢洪道泄槽弯道水流流态的影响,采用PVC板制作试验模型,进行了溢洪道泄槽弯道凹岸3个位置(1/4、1/2、3/4弯道处)、3个角度(45°、60°、75°)布置单个透水丁坝的水力学试验。利用试验结果,分析了溢洪道泄槽弯道水面均匀度、弯道横断面最大水面横比降、壅水曲线等弯道水流特征。结果表明,与无透水丁坝相比,弯道内布置单个透水丁坝后的弯道水面均匀度均有增加;单个透水丁坝布置角度为60°或75°时,弯道横断面最大水面横比降减小。在布置角度相同、布置位置不同的条件下,单个透水丁坝在弯道1/4处引起的壅水曲线的长度最短;在弯道1/4处,当单个透水丁坝布置角度为60°或75°时,弯道内的壅水曲线长度最短;在弯道1/2或3/4处,当单个透水丁坝布置角度为75°时,弯道内的壅水曲线长度最短。     

封闭梯形渠道水流特性的数值模拟

为深入了解封闭梯形渠道的水流特性,以3m长封闭梯形渠道为例,采用雷诺应力紊流模型对不同糙率顶板的封闭梯形渠道水流特性进行了数值模拟,分析了影响其流速场和二次流形态的因素。结果表明,断面流速呈非对称的弓形分布,随顶板糙率的加大,最大流速点向渠底移动;由于受边壁和顶板糙率的影响,过水断面的二次涡流主要集中在固壁拐角处;壁面附近的紊动强度和紊动能耗散量均比较大;粗糙顶板的壁面剪切应力大于光滑顶板的切应力。     

弯道干流与支流交汇口垂线流速分布的试验研究

为了深入了解干支流汇合口水流的运动特性,通过概化模型试验,利用ADV流速仪对顺直型支流与弯曲型干流60°交汇角的汇合口区域进行了垂线流速测量,验证了试验数据的可靠性,分析了弯道干支流汇合口区域垂线流速分布特性。结果表明,随汇流比增大,交汇断面上游纵向流速减小,交汇口各断面径向流速绝对值增大,断面环流方向发生改变;汇流比较大时,交汇断面最大纵向、径向流速点出现于凹岸侧;交汇断面下游附近最大纵向、径向流速偏向弯道中心线;在交汇断面下游附近的凹岸出现水流分离区。     

丹尼尔式鱼道内水流紊动特性试验研究

鉴于鱼道内紊流状况是影响鱼类能否顺利通过的重要因素,为提高丹尼尔式鱼道内过鱼效果,通过物理模型试验,分析了鱼道在不同工况下的水力特性,并重点研究了水流的紊动特性。结果表明,池室中的流场具有明显的主流区和回流区;横向u、纵向v、垂向w紊动强度分布形式大致相同,由紊动强度较大的主流区向回流区扩散（由主流区向回流区逐渐减小）;在xy平面上,雷诺应力随离边墙的距离增大而减小;水流通过隔板跌落处紊动能达到最大值,并沿程减小。     

基于湍流模型数值模拟的梯形弯道水流特性研究

输水明渠弯道段因壁面条件改变,水流运动紊乱,严重威胁输水安全.为研究输水明渠弯道内水流特性,基于RNG к-ε湍流模型建立弯曲度为15°、45°、60°、90°的梯形断面弯道模型,利用PISO算法求解方程组,进行弯道水流三维数值模拟.结果 表明,弯道对渠道内流场影响范围包括弯道及下游较长区间;随弯曲度增加,凹岸最大水面...     

淹没丁坝坝后水流结构PIV试验研究

为揭示淹没丁坝坝后区域的水流特性,在实验室水槽中,采用平面二维粒子图像测速技术(2D-PIV),测量了光滑固定底床上单个丁坝在完全淹没条件下的坝后水平流场及垂向流场。通过分析测量获得了原始粒子图像和淹没丁坝坝后不同位置的平面二维时均速度场和涡量场,并耦合水平面流场与铅垂面流场结果,给出了丁坝坝后流场的部分三维特性。结果表明,淹没丁坝坝后存在明显的回流区,且在回流区内同时存在尺度大致相同的竖轴漩涡和横轴漩涡。     

流量对单排插板透水丁坝促淤效果的影响

为研究流量对单排插板透水丁坝促淤效果的影响,确定插板透水丁坝促淤效果最优的流量条件,采用CCHE2D模型对单排插板透水丁坝坝后淤积区形状、坝后最大淤积长度、坝后最大淤积宽度、坝后最大淤积高度及坝后淤积面积随流量变化的规律进行数值模拟。结果表明,当流量为524～950m3/s时,插板透水丁坝坝后淤积区平面及纵断面形状特点相似且促淤效果较其他流量条件较好;当流量在120.95～1 750m3/s范围内,随着流量增大,坝后最大淤积长度、坝后最大淤积宽度、坝后淤积面积先增大后减小且均在流量为737m3/s时达到最优。     

横隔板式鱼道水力特性数值模拟研究

为改善堤、坝等阻碍鱼类洄游的现状应用了鱼道、鱼闸等过鱼设施,采用RNG κ-ε湍流模型和有限差分法对兴隆水利枢纽工程鱼道进行了数值模拟,分析了淹没孔口式横隔板鱼道的流态和紊动能,研究了过鱼池和休息池的水力特性。结果表明,淹没孔口式横隔板鱼道的孔口水流具有固定特性,紊动能的分布空间较广,消能效果较好。过鱼池和休息池内水流的流态较稳定,能满足过鱼对象的需求。     

山区河道截流中分流丁坝布置方案研究

基于山区河道河床比降大、导流建筑物在截流初期泄流能力偏小等特点,将丁坝应用于山区河道截流施工中,采用模型试验方法研究了单侧导流条件下丁坝的布置方案。结果表明,丁坝宜布置于导流建筑物进口对岸进口中间点偏下游侧,丁坝长度对河道的束窄率介于30%~40%之间,就能够有效减小截流龙口落差,增大分流建筑物分流比。     

长江砖灶子复杂滩险河段航道治理研究

针对长江砖灶子河段水沙条件多变、滩险特性综合、周边环境复杂的情况,分析了工程河段水文泥沙特性、河床演变规律和滩险碍航成因,结合该河段航道整治目标,提出了疏浚、炸礁、深沱回填和筑坝相结合的整治方案。应用平面二维水沙数学模型分析方案整治效果,经水流条件及河床变形验证,模型精度符合规范要求。在水流条件和典型年泥沙冲淤特性分析的基础上进行方案比选,并探讨了推荐方案的航槽稳定性,结果表明,推荐方案航道尺度满足规划要求且可长期保持,整治效果较好。研究结果可为山区河流复杂综合滩险的有效治理提供借鉴。     

汽油机气缸中滚动气流运动对发动机性能的影响

本文通过调整导气屏气阀位置产生大范围变化的缸内气流运动形式，用传统的稳流试验台和作者最近研制的测缸内滚流运动的稳流试验台对各种气流运动形式进行稳流试验，用二维激光多普勒测速仪在反拖的发动机缸内紊流运动的发展变化并用着火发动机的性能实验结果来分析各种气流形式的涡流、滚流和紊流特性。试验结果表明，在气缸中产生较强的横轴涡流即滚动或接近滚动气流运动时，燃烧室内的紊流强度可获得较大的提高，性能也有明显的改     

Near and far field flow disturbances induced by model hydrokinetic turbine: ADV and ADP comparison

Wake flows downstream of hydrokinetic turbines are characterized by hub and tip vortices, a velocity deficit and an increase in turbulence intensity. Velocity and turbulence recovery in the wakes of individual turbines constrains the density of turbines in an array and limits the amount of energy that can be produced by a turbine farm. However, few hydrokinetic turbine flow recovery studies have been conducted, especially on the far-field flow characteristics. Nor have studies evaluated the accuracy of acoustic Doppler profiler measurements in the wakes of turbines. The present study examines vertical profiles of mean velocity and turbulence, as well as longitudinal profiles of velocity deficit and turbulence levels measured at the symmetry plane of a model three-blade axial flow turbine in a large open channel flow. Mean velocity and turbulence statistics are measured using an acoustic Doppler velocimeter (ADV) and a pulse coherent acoustic Doppler profiler (ADP). ADV and corrected-ADP derived values of mean velocity, turbulence intensity and root-mean-square velocity constitute a well-documented data set that can be used to validate numerical models simulating the effects of hydrokinetic turbine arrays. We found that 80% of the flow recovery occurred about ten diameters downstream from the rotor plane, which suggests that practical values for longitudinal spacing of turbines should be between ten and fifteen diameters. Significant errors observed in mean velocity and turbulence statistics derived from ADP measurements in the near wake region raise concerns on the use of these instruments for such measurements in lab and field studies. Although the cause of some of the errors requires further investigation, we show that errors in turbulence intensity can be successfully corrected with supplemental ADV measurements.