排沙漏斗三维涡流水流结构

本文首次从数值模拟及模型试验两方面研究了排沙漏斗三维涡流的清水流场水流结构．针对排沙漏斗流场边界的复杂性,作者首先利用三维贴体坐标变换建立了曲线坐标系下的ＮＳ方程及边界条件．选用协变速度分量为独立变量,成功地解决了压力速度耦合问题．其次,利用激光多普勒测速仪（ＬＤＡ）对排沙漏斗三维流场进行了测试研究,计算结果与实测流场较为符合．     

排沙漏斗流场特性与排沙机理研究

排沙漏斗是一种截沙率高、耗水率小的二级泥沙处理设施。为了进一步探明排沙漏斗的流场特性和排沙机理,该文采用声学多普勒流速仪(ADV)对排沙漏斗立轴螺旋流进行了三维流场测试,采用雷诺应力模型(RSM)和VOF方法数值模拟了排沙漏斗内清水流场,计算的水流时均流速分布与实测结果吻合良好。通过数值模拟方法得到了全面详细的排沙漏斗流场结构信息,并据此分析了排沙漏斗的排沙机理,提出二次流是排沙漏斗能够顺畅高效排沙的关键。     

排沙漏斗的水力分析计算

排潲漏斗具有独特的水力特性和省排沙的效果，根据试验，原型观测研究及实际设计的经验，分析了排沙斗内的水流特性，提出了排沙漏斗的水力计算方法，探讨其设计的理论依据。     

排沙漏斗水流结构及对输沙过程的影响

经过十多年研究与总结，新疆农业大学相继推出了两种不同型式的排沙漏斗结构形式，分别用于排除来流中的推移质及悬移质泥沙。模型试验及部分原型观测的资料表明，其排沙效果好，且耗水量小。本文首次利用激光多普勒测速仪（ＬＤＡ）测试了其中一种结构形式排沙漏斗的三维螺旋流流场，对其时均流特性及紊动特性进行了分析和研究。同时还分析了其对输沙过程所产生的影响，为进一步优化此类型排沙漏斗的体型打下了基础     

乌斯图河渠首的排沙漏斗设计

乌斯图河底栏栅式渠首进入引水渠中的泥沙,是采用排沙漏斗进行二次处理的。排沙漏斗不同于其它型式的沉沙池,它具有竖向螺旋水流结构,能连续引水排沙;其排沙流量仅占漏斗设计流量的７％左右,排沙率大于９０％,是节水型的排沙设施,这对于干旱缺水的地区有着现实的意义。本设计考虑了上游引水渠和下游冲沙廊道布置对漏斗水流整体的影响。该工程自１９９２年建成至今,引水排沙效果良好。     

《螺旋流排沙漏斗》新技术的研究与应用

《螺旋流排沙漏斗》是经过多年系列模型试验及原型观测获得成功的。它的第一阶段成果《强螺旋流排沙漏斗》于1990年通过新疆维吾尔族自治区科委组织的国内专家鉴定，成果属国内领先水平。对粒径大于1mm的粗颗粒泥沙排除率可达100％，排沙耗水量平均低于引水量的7％。第二阶段成果《螺旋流排沙漏斗》除具有上述成果的全部性能外，尚可对粒径0．05～1mm的细颗粒泥沙排除率达90％以上，排沙耗水量降至引水量的3％～5％。     

排沙漏斗的水流特性试验研究及其工程应用

根据排沙漏斗模型试验资料,通过对比分析排沙漏斗清、浑水流场特性,初步探明了排沙漏斗的水流结构和输沙机理。同时,排沙漏斗的原型观测和实际应用表明,排沙漏斗的实际工程应用是成功的,与曲线沉沙池和厢形沉沙池等传统工程措施相比,它具有截沙率高、排沙耗水量小、造价低等特点。     

漏斗式全沙排沙工程试验研究及其应用

漏斗式全沙排沙设施是一种排沙耗水量小，截沙率高的泥沙处理技术，并已在工程实际应用中取得了良好的效果。本文通过其清、浑水流场特性分析表明，漏斗室内部水流特性有利于水沙分离和泥沙的排除。     

排沙漏斗切向流速分布规律的研究

经过多年的理论与实践研究，螺旋流排沙的原理与效果已被广大水利工作者所认同，但对其水流结构的研究成果并不多见。本文首先对排沙漏斗水流结构中最重要的部分，即切向流速分布规律进行了理论分析，然后利用激光多普勒测速仪对其进行了测试研究，为全面研究排沙漏斗水流结构提供了重要的参考依据。     

夏特水电站排沙漏斗模型优化

通过对夏特水电站引水排沙设施双排沙漏斗进行水力学模型试验,将原设计方案的漏斗直径、悬板高度、排沙底孔、底孔偏心距和进口涵洞等结构的关键尺寸进行了优化。上游干渠段在通过设计流量112.8 m3/s时,设计的排沙漏斗悬板高度不满足要求,导致干渠中水深过大,原设计方案的边墙高度不能满足过流要求。提出采用降低悬板高度、增大偏心距等方法来满足工程的要求。试验结果表明,在降低悬板高度、改变偏心距之后,干渠中水深明显降低,并且两个排沙漏斗中都易形成稳定的空气涡,提高了排沙率。     

明渠均匀流的摩阻流速及流速分布

在水槽系统上对明渠恒定均匀流进行了系列实验，利用实测流速资料，对明渠均匀流摩阻流速的各种方法（雷诺应力法、对数流速分布法、阻力平衡法等）的计算结果进行了对比，并分析了流速分布。结果表明：（1）利用阻力平衡法计算摩阻流速时应考虑边壁影响；（2）包含尾流函数的对数-尾流公式比单一对数公式可以更好的符合实测数据。用单一对数公式描述垂线流速分布时，应采用较小的Karman常数；（3）现有大量明渠均匀流实测资料中，用常用的Karman常数（x=0．4）时单一对数公式仍可以较好的表示全水深流速分布是因为采用了较大的摩阻流速。     

垂直梯形闸门自由出流水力特性试验研究

垂直梯形闸门是一种新型平板闸门,与常规矩形闸门相比,因其不需修建闸室和扭面等附属建筑物,占地小,在灌区各级梯形渠道控流和分流应用方面具有优势。梯形闸门的过流边界条件特殊,与矩形闸门过流水力特性明显不同。为明晰其水力特性,在边坡系数为1.5、1.75和2的典型梯形渠道上开展了186组模型试验,重点分析了闸门开度e、闸前水深H₀等参数对闸后流态和流量的影响,并基于试验数据研究了梯形闸门自由出流时的流量计算方法。结果表明,水流经梯形闸门左、中、右孔口流出的三股水流在闸后碰撞,水面宽收缩至最小,中轴线及其附近水深最大,横向水面轮廓呈“驼峰”状,且驼峰出现的位置和水流碰撞引起的水面波动幅度与闸门开度、闸前水深有关。当流量和闸门相对开度分别增大1倍时,驼峰距闸门的距离分别由3.6e、8.2e变化为6.0e、3.3e,驼峰高度由1.5e、3.0e变化为2.4e、1.5e,驼峰下游渠道水流趋于均匀分布所需要的距离由15.0e、33.0e变化为34.0e、17.0e。收缩水流在势能和动能相互转化作用下沿横向和纵向扩散,能量沿程耗散,水面波动减小直至与渠道水面衔接。流量系数公式相对误差平均值为2.17%,其中相对误差小于6%的数据占比为96.3%,总体精度较好。研究成果可为垂直梯形闸门的工程设计和运行管理提供参考。     

基于固液两相流模型的泥石流流速垂向分布研究

泥石流流速的垂向分布是泥石流运动理论中的核心问题之一。以固液两相流模型为基础,分析了泥石流中两相速度相等与不等条件下的本构关系和泥石流流速垂向分布的计算方法;在二维恒定均匀流的条件下,考虑两相之间的相互作用,推导层流和紊流流态下泥石流中液相和固相速度的垂向分布公式,并采用不饱和水石流的试验数据进行了验证。结果表明:泥石流两相之间的速度差异是描述两相之间相互作用的根本所在;泥石流固相浓度与本构关系中的模化参数均有关联,是流速垂向分布计算中的重要参量;基于两相流模型的泥石流流速垂向分布公式比现有公式更具普遍意义,且其计算结果能与试验数据较好吻合。     

掺气水流声速的研究

采用一维双流体模型,利用小扰动原理研究了压力波在水气两相泡状流中的传播规律。针对水利工程中高速掺气水流的特点,对方程进行合理模化和封闭。详细分析了掺气浓度、压力、扰动频率、相间相互作用力对掺气水流中声波传播速度和衰减的影响。结果表明,适当的掺气浓度会使掺气水流的声速显著降低;压强的减小和相间传热的增强可使声速减小、衰减加快;虚拟质量力主要影响高频声速,并使声波衰减减慢。     

基于POD方法的圆型喷口射流速度场结构分析

大空间建筑中分层空调系统喷口送风射流运动卷吸会造成热量自上部非空调区向下部空调区转移,这是导致空调系统负荷增加的原因之一。本文搭建圆型喷口射流运动盐水模型实验台,利用粒子速度测量系统(PIV)提取喷口卷吸剪切层附近流场速度矢量场信息,借助特征正交分解方法(POD)剖析剪切层内的相干结构及其能量分布、竖向与横向速度特征值比例,为后期研究喷口卷吸运动引起的大空间对流转移热量提供实验与理论参考。     

多孔水闸调度运行方式研究

以土山拦河闸模型试验为依据,分析不同流量、不同调度方式下的流态和流速分布,拟定了考虑下游消能防冲的闸门调度运行方案,并由系列模型试验资料绘制了闸门调度运行曲线图。以河床和岸坡的冲刷状态和流速为指标,通过动床试验验证了拟定方案的合理性。     

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。     

明渠含沙水流的垂线流速分布特性研究

 为了进一步研究明渠中含沙水流的垂线流速分布规律,在水槽系统中对明渠恒定均匀含沙水流进行了系列试验,利用实测流速资料,计算分析了时均流速的垂线分布。结果表明：在宽深比比较小的明渠中对最大流速点修正的对数公式可以很好地符合实测数据;水槽中心位置的卡门常数要比其边壁附近的小;卡门常数随着含沙量的增加而减小。通过对明渠含沙水流垂线流速分布特性的研究,增强了对明渠含沙水流垂线流速分布规律的认识。     

弱透水地基上水平铺盖对闸基渗流场的影响研究

利用饱和-非饱和、稳定-非稳定渗流场有限单元法,建立固定网格的某闸基渗流场计算模型,研究弱透水地基上铺盖的长度和厚度变化对闸基渗流场的影响,以及铺盖止水破坏和铺盖产生裂缝情况下的闸基渗流场。研究表明,在弱透水地基上,水平铺盖对闸基的防渗作用并不明显,在止水破坏或产生裂缝时,增加铺盖厚度反而会导致闸基渗流场形态恶化。建议在弱透水地基上,铺盖的设置只要满足表面防冲要求即可,据此可对水闸设计规范中的相应条文作进一步细化和改进。     

全日制村镇供水管网经济流速的计算

村镇供水管网设计是一项系统工程,选择合理的经济流速对于降低管网的总费用与运行费用是非常必要的。考虑资金的时间价值,结合山东省某村镇的农村供水工程实例,得出了适合该村镇供水管网设计的经济流速。该方法可为全日制村镇供水工程设计提供参考。