压力洞闸槽进水的数值模拟与分析

本文应用Ｋ－ε紊流模型数值模拟了压力洞闸槽进水后洞内水流的流动情况。计算中，对Ｋ－ε方程及雷诺方程作者采用了皆沿坐标方向分步然后交叉求解的简便数值方法。计算实例所得结果与文献〔４〕试验资料一致。     

大型泵站箱形进水流道内部流动数值模拟

箱形进水流道在我国的大型低扬程双向泵站已有较多的应用。本文应用雷诺时均方程和标准k—ε紊流模型对某大型泵站的箱形进水流道内部三维流动进行数值模拟,深入分析了进水流道内不同断面的流速和压力分布,揭示了箱型进水流道内水流的流动规律,并预测了不同工况下进水流道内的水力损失,计算结果可供大型低扬程泵站的设计、改造参考。     

黄河下游河床平面变形模拟研究

黄河下游河道以游荡多变著称，河床演变具有典型的平面二维特征，本文分析了黄河下游河床横向变形的基本模式，认为河床的横向变形是由泥沙的侧向冲刷和河岸淘蚀综合作用的结果，数学模型中可通过这两种现象的分别模拟反映实际河岸的横向变化．引进土力学中有关河岸力学平衡的基本关系，结合河床演变计算的特点在数值方法上适当简化，提出了黄河下游河床横向变形的数值模拟方法，采用反映高含沙水流流动特性的基本方程组，用１９７７年典型高含沙水流洪水过程检验了模型计算多种含沙水流过程的适应性和模拟河床横向变形的可靠性     

明渠岸边横向取水口水力特性的试验研究

对明渠岸边横向直角取水口的水力特性进行了试验研究。在试验室的水槽中，通过三维超声波流速仪(ADV)测得了取水口的流速数据，试验中针对不同的分流流速比，测取了主水槽的表底层分流宽度、进水口门流速场以及紊动能k和雷诺应力的分布。试验结果显示在取水口附近的水流结构具有明显的三维特性。取水口断面的流速分布与正常的明渠流速分布不同，其断面的最大流速常常在底层。     

导沙底墙三维水流数值模拟及其导沙效果分析

该文采用雷诺平均的N-S方程和k-?紊流模型,建立了三维水流数学模型,对某天然河道取水口前沿设置导沙底墙的水流效应进行了模拟,计算结果与试验实测结果吻合较好。进一步对导沙底墙附近的水流运动规律进行分析,结果表明:在取水口前沿布置导沙底墙,改变了底墙间底层水流的流向,使底墙顶部附近产生了较强的螺旋流,可以实现导底沙、取清水的工程效果。说明所建立的数学模型可以较好地描述导沙底墙形成的螺旋流及其分布特征,可为此类工程的方案分析提供参考。     

基于WMLES方法的复式断面明渠三维紊流数值模拟

针对基于雷诺时均Navier-Stokes方程的数值模型在精确模拟复式断面明渠三维水流结构方面存在困难和传统大涡模拟(LES)方法计算成本相对较高的问题,采用壁面建模的大涡模拟(WMLES)方法建立三维数值模型,对水深比(滩地水深与主槽水深之比)为0.5的复式断面明渠水流结构进行模拟计算。数值模拟计算结果与已有试验测量结果和LES模拟结果的对比表明,WMLES方法能够准确地模拟时均速度、床面切应力、紊动强度、紊动能、雷诺应力分布、二次漩涡结构,该方法在复式断面明渠水流三维模拟中是可靠的;在保证计算精度的前提下,与传统LES方法相比,采用WMLES方法能够显著降低计算成本。     

稳定流态下海底管线局部冲刷有限元数值模型

为了获得海底管线局部冲刷发展过程中不同时刻的床面形态,建立了一个有限元数值模型来模拟稳定水流下海底管线的局部冲刷。采用非定常雷诺平均N-S方程和标准k-ε湍流模型模拟水流流动,通过求解Exner方程计算床面变化,利用动网格技术展现床面变化历程,分别采用特征线法和有限元法对方程进行时间和空间离散。通过二维方形钝体绕流和Mao的清水冲刷试验对模型进行了验证。结果表明,模拟结果与试验数据吻合较好,所建模型可用于模拟海底管线局部冲刷。     

泵站进水流道三维紊流数值模拟及水力优化设计

采用直接求解三维雷诺平均Ｎ－Ｓ方程和标准ｋ－ε紊流模型方程组的方法，对大中型泵站进水流道内的流场进行了数值模拟，并进而对具有复杂几何形状的进水流道进行了水力优化计算，经模型试验验证，说明水力优化设计的进水流道获得了十分优良的水力性能。     

深圳上埔引水口水流三维数值模拟

该文采用三维水流数学模型对深圳上埔引水口设计方案水流状况进行研究，以雷诺方程组为基础，采用刚盖假定、κ-ε紊流模式，结合相关边界条件和初始条件建立了三维数学模型，对上埔引水口的水流状况进行了模拟，给出了进水口流速分布，计算结果与物理模型试验结果吻合。     

消力池挑流鼻坎试验优化设计研究

通过对某水库挑流消能工挑流鼻坎进行水工模型试验发现,入射水流横向扩散较差,水流集中,不利于下游河道消能防冲。调整平台和护坦宽度,设置斜挑坎,横向水流分布均匀,水舌入水点较理想。并用数值模拟方法对推荐体型进行计算,计算结果与水工试验结果基本一致,说明数值模拟方法可用于挑流消能体型设计,为类似工程提供借鉴。     

VELOCITY DISTRIBUTION IN TRAPEZOID-SECTION OPEN CHANNEL FLOW WITH A NEW REYNOLDS-STRESS EXPRESSION

By considering that the coherent structure is the main cause of the Reynolds stress, a new Reynolds stress expression was given. On this basis the velocity distribution in the trapezoid-section open channel flow was worked out with the pseudo-spectral method. The results were compared with experimental data and the influence of the ratio of length to width of the cross-section and the lateral inclination on the velocity distribution was analyzed. This model can be used the large flux in rivers and open channes.     

变断面明渠柔性植物水流特性试验研究

在变断面明渠,利用ADV测量流速,研究断面突然扩大情况下模型植物和真实植物的水流特性。结果表明:在水流稳定区域,布设真实鸢尾草和塑料鸢尾草模型的流速分布、雷诺应力分布和紊动强度分布具有一定相似性;雷诺应力和紊动强度在相对水深为0.6～1.1区域达到峰值,且从峰值区域向两端递减,总体上植物下部区域的紊动强度比植物上部区域大;同种植物紊动强度沿x、z方向的分布形式存在较大差别,紊动强度存在明显各向异性。     

连续微弯弯道水力特性试验及模拟研究

为了研究河流的连续微弯弯道水力特性,通过建立曲折系数为1.07的连续弯道模型进行试验,并利用Reynolds应力模型进行模拟计算,从水面线、流速场、弯道环流及强度等方面研究了小曲折系数连续弯道水力特性。结果表明:Reynolds应力模型能够较好地模拟连续弯道水流;在同一断面,近凸岸的纵向流速垂线分布接近对数流速分布,近凹岸的纵向流速垂线分布呈随相对水深增大而先增大后减小的规律,呈现“凸肚”形;在弯道环流方面,呈现非对称的双环流结构;水面和槽底处的环流强度大于水体中部,凹岸的环流强度大于凸岸的环流强度。成果为研究小曲折系数弯道的河流水力特性提供了借鉴与参考。     

复式河槽漫滩水流的三维数值计算

采用紊流模型中的雷诺应力模型(RSM)对非对称复式河槽水流的三维紊流进行了数值模拟。数值模拟计算结果与试验结果的比较表明RSM能够很好地模拟滩槽交互区内的二次流、主流速分布和床面剪切力,此模型模拟复式河槽是可靠的。最后用RSM模拟了对称复式河槽在不同水深下的流速场及床面剪切力分布,得出当水深增加时,滩槽交互区二次流动纵向涡增强,而浅滩主流速及床面剪切力迅速增大的结论。     

Impact of depth ratio on flow structure and turbulence characteristics of compound open channel flows

Compound open channel flows appear in most natural rivers are of great importance in river management and flood control. In this study, large eddy simulations were carried out to simulate the compound open channel flows with four different depth ratios (h_r = 0.10, 0.25, 0.50, and 0.75). The main flow velocity, secondary flow, Reynolds stress, and bed shear stress were obtained from numerical simulations. The depth-averaged streamwise momentum equation was used to quantify the lateral momentum exchange between the main channel and floodplain. The instantaneous coherent structures were presented by the Q criterion method. The impact of h_r on flow structure and turbulence characteristics was analyzed. The results showed that with the increase of h_r, the high velocity area in the main channel shifted to the floodplain, and the dip phenomenon became more obvious; the Reynolds stress largely contributed to the lateral momentum exchange within the flows near the side walls of floodplain; and the vortex structures were found to significantly increase in the floodplain region.     

FLOW STRUCTURE OF PARTLY VEGETATED OPEN-CHANNEL FLOWS WITH EELGRASS

Aquatic vegetation can influence the transport of sediment and contaminants by changing the mean velocity and turbulent flow structure in channels. It is important to understand the hydraulics of the flows over vegetation in order to manage fluvial processes. Experiments in an open-channel flume with natural vegetation were carried out to study the influence of vegetation on the flows. In a half channel with two different densities of vegetation, the flow velocity, Reynolds stresses, and turbulence intensities were measured using an Acoustic Doppler Velocimeter (ADV). We obtained velocity profiles in the lateral direction, Reynolds stresses in the vertical direction, and the flow transition between the vegetated and non-vegetated zones in different flow regimes. The results show that the streamwise velocity in the vegetated zone with higher density is almost entirely blocked. Reynolds stress distribution distinguishes with two different regions: inside and above the vegetation canopies. The turbulence intensities increase with increasing Reynolds number. The coherent vortices dominate the vertical transport of momentum and are advected clockwise between the vegetated zone and non-vegetated zone by secondary currents (a relatively minor flow superimposed on the primary flow, with significantly different speed and direction), generated by the anisotropy of the turbulence.     

明渠均匀流流速横向分布的涡黏性模型

为了研究明渠水流的运动特性,开展了明渠水流流速横向分布数学模型的研究。本文根据量纲分析方法和实验资料,得到水流横向剪切作用下横向涡黏性系数的关系式;基于均匀流的水流运动方程,按照有限差分方法,建立流速横向分布计算模型。该模型具有计算简单、快捷和精度较高的优点,且数值计算不受横向涡黏性系数的结构形式和断面形态的影响。采用明渠水流实验资料验证数学模型,数学模型计算的流速横向分布与实验资料较一致,具有较高的理论意义和应用价值。     

分汊河道分流比对河道水流流态影响分析

结合曹继文关于明渠岸边横向取水的水槽试验成果,应用RNG紊流模型,采用两种自由表面处理方法即刚盖假定和VOF法,对分汉河道不同分流比工况下的水流运动进行三维数值模拟。通过数值模拟计算,得出不同表面处理方法下分汉河道不同分流比工况下的流速分布、水流特性等结果,分流比对分流宽度影响较为明显。     

矩形明渠三维紊流的数值模拟

在明渠三维流动中，紊流产生的二次流起关键作用，它对主流流场分布，壁面应力及污染物的扩散有很大影响，有时还影响床面的稳定，Ｋ－ε紊流模型及类似的双方程模型不能计算这种二次流动。本文将非线性Ｋ－ε紊流模型用于明渠三维紊流的计算，模型用张量形式推出，比代数应力模型更易推广到复杂边界流动，应用这一模型及另两种代数应力模型对矩形明渠流动进行计算，所得结果，尤其是表述紊流特征的量，与实测资料进行了详细比较，并