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。     

漫滩水流特征综述

水流漫滩后,主槽流速减小,滩地流速增大,但主槽流速大,滩地流速小,滩槽之间流速的差别使滩槽交界面上产生剪切力,两部分水流在交界面上发生动量交换,滩槽交界面产生大量次生流、旋涡,并伴随着大量的能量耗散。滩槽的边壁切应力分布不均,尤其是滩槽交界面处。流速和切应力不均匀分布导致了主槽水流含沙量降低,滩地水流含沙量升高。从五方面对漫滩水流特征的研究成果作简要概述。     

漫滩水流的简化计算法

本文目的之一是利用最新的试验资料,进一步检验文献[1]提出的漫淮水力学计算公式和其选用的参数的准确性。主要目的是提供一个用图表协助的简化计算方法,供实际工作中使用。     

复式河道漫滩水流计算

漫滩常常出现在天然河流中，特别是冲积平原地区。漫滩水流有着不同于一般明渠水流的特征，所以，复式河道漫滩水流的研究对洪水预报、河床演变有着重要的实际意义。本文采用计算复式河道漫滩水流的动量交换法和常规方法对金马河复式河床给定水位下的断面过流流量进行计算，为金马河洪水预报提供数据参考。     

漫滩水流的水流结构及其悬沙运动

本文通过漫滩水流的水槽试验,对其水流结构和悬沙运动作了比较详细的分析.水流漫滩后,随着滩槽之间水流动量的横向传递,泥沙也随之发生横向输移;在一定水位范围内,主槽的流速、含沙量和输沙率都较平滩水位的小,滩地的则增大.并对平滩流量作为造床流量,作了理论上的解释。     

复式断面漫滩水流滩槽分流比研究

在已有研究的基础上,定量分析了津槽分流与水深比、糙率比、河宽比的相互关系,并根据分析结果,综合考虑影响滩槽流量的主要因素和滩槽间的交互作用,构造了概化断面的潍槽流量比的计算结构式.最后采用滩、槽分流比的实测资料对该式进行验证.结果表明,该公式计算的滩槽分流比与实测值较为接近,可供相关工作者参考.     

复式河道漫滩水流计算方法研究

对复式顺直河道和复式游荡型河道中漫滩洪水的计算方法进行了研究.其中，对复式顺直河道，从Shiono-Knight方法出发，将二次流项归并入雷诺切应力项，并将主槽和滩地的流速分布曲线直接相接，推导出一套不需联立求解系数方程组的漫滩水流流速和床面切应力分布的计算公式以及床面平均切应力的解析计算公式；对复式游荡型河道，建立了一种新的上层水流计算方法.文中的计算结果与前人的实验资料基本一致，初步表明文中的方法是合理的.     

漫滩水流悬移质分布规律的试验研究

通过水槽实测资料的分析，总结出主槽及滩地含沙量与断面含沙星的关系。根据复式河道主槽平衡区、滩槽交互区、滩地平衡区及边壁区等四个区的水流运动特点，对每个区的含沙量横向及垂向分布特性进行了分析。在此基础上，对灌槽交互区的含沙量横向分布进行了理论探讨，经实测资料验证。结果吻合较好。     

漫滩水流流速垂线分布规律的研究

根据顺直河道漫滩水流的运动特点，将复式河道的横断面分为主槽平衡区，滩槽交互区，滩地平衡区及边壁区等４个区，在此基础上，结合水槽试验资料，分析得出漫滩水流各区的流速垂线分布规律，并对现有的对数流速公式进行了修正。     

漫滩挟沙水流流速横向分布研究

在建立漫滩挟沙水流掺混区横向涡粘性系数表达式的基础上，根据水深平均的水流运动方程，得到掺混区流速横向分布公式，经验证，该公式与实测资料基本上吻合。     

漫滩高含沙水流滩槽水沙交换的形式与作用

本文根据游荡型河段概化模型的试验成果，分析了漫滩高含沙水流滩、槽间水沙交换的主要形式，论述了滩、槽间泥沙同时进行质（粒配）与量（含沙浓度）的交换过程，指出了这种交换的单向性，认为正是由于滩、槽水沙的交换，滩地才不断淤高，滩唇得以形成，高含沙洪水期间才会出现水位异常升高的现象，以及高含沙水流才能沿程调整变化。     

三维水流数值模拟

本文针对三维水流特性，引入通度概念处理不规则计算边界，用ＶＯＦ法追踪自由表面，采用修正的Ｋ－ε模型封闭Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程，分别计算了溢流坝水流及消力池中水跃．计算结果较好地与实验结果符合．     

滩区工程对黄河下游漫滩水流的影响分析

黄河下游滩区工程在控导水流、保护两岸滩区安全方面发挥了重要作用,但也对河道形态和行洪能力产生了重要影响。通过对历史典型漫滩洪水分析,研究了滩区工程对黄河下游漫滩水流的冲淤变化影响,提出了加强滩区工程建设管理、减小河道行洪负面影响的建议。     

过堰水流数值模拟研究

文章运用FLUENT软件,以某城市景观河道的水流为研究对象,对小型实用堰的过堰水流进行了数值模拟研究。对过堰水流进行了数值模拟,采用FLUENT计算软件中的RNG k-ε模型(即重整化群k-ε模型)建立了三维水-气两相流模型,由于过堰水流水气交界面的波动较大,故选择VOF方法对水流的水气交界面进行跟踪模拟。控制方程的离散方法则采用有限体积法,并采用迎风差分格式进行空间离散。     

复式河槽漫滩水流流速分布二维解析解

通过水深平均纵向与横向流速的乘积(UV)d和垂线平均流速的平方Ud2获得了二次流项系数K的横向分布;根据(UV)d和Ud2在各区域内的关系,引入常系数a和b来表征二次流,进而给出了新的垂线平均流速二维解析解.该解析解表明,b只出现在水深线性变化区域的解析式中.分析发现,a的符号代表各区域内二次流的旋转方向,二次流强度则由a和b的取值共同决定;各区选定合适的a值可以得到较好的计算结果,b值对流速分布的影响主要在主槽区和主槽边坡区.采用英国FCF不同系列试验资料对计算模型进行验证,结果表明,计算值与实测值吻合较好.同时,比较了a和b在不同断面形态的复式河槽中的取值,并就其变化规律进行了分析.     

宽顶堰水流数值模拟分析

本文利用紊流模型模拟了带有曲线自由表面的宽顶堰流的紊流流场,采用VOF法来确定自由表面,采用气液两相流计算模型对宽顶堰流场进行了数值模拟,计算结果与试验数据较为吻合.模拟结果表明,数值模拟是作为研究水利工程中带有自由表面的水流结构的一个强有力的工具,其结果对物理试验也是一个很好的补充.     

三维水流数值模拟研究进展

扼要地介绍了三维水流数值模拟研究的进展，归纳了常见的数值离散方法，给出了数值计算中常见问题的处理方法，指出了数值模拟成果可视化的必要。     

滩地植被对漫滩水流裁弯影响的实验研究

斜槽裁弯是弯曲河流长期演变过程中的临界地貌过程,其形态动力学过程仍缺少在不同漫滩水流和植被条件下的实验研究。以黄河源区泽曲支流浩斗曲的局部弯曲河段作为原型开展概化动床水槽实验,研究在5种漫滩水流与植被条件下的斜槽裁弯过程,分析连续弯道在裁弯前后的河床冲刷调整和平面形态变化。结果表明,斜槽裁弯由颈口处的串沟过流冲刷形成,其串沟发育位置及过程不同,颈口宽度随时间呈近似线性缩窄变化,由漫滩水流冲刷形成的新河道展宽速率最快达到129 mm/h。各工况条件下河湾内河道中心线的位置均存在不同程度的横向迁移,其速率最快达到144 mm/h。斜槽裁弯发生后,“Ω”型河湾底部的冲刷面积大于河湾顶部位置。