高桩码头对河道流场影响数值模拟方法研究现状与展望

本文对高桩码头对河道流场影响数值模拟方法进行了归纳和总结,且指出了数值模拟方法研究的不足和研究者以后努力的方向。     

MIKE21在码头桩基“群桩”水力学效应分析中的应用

河道范围内桩基的存在形成阻水,对水位、流场等产生影响,码头下部桩基数量较多,影响相互叠加,形成"群桩效应",常规计算难以定量分析水位、流场变化。文中以淮河某码头为例,采用二维水动力模型方法对码头建成后壅水影响、流场变化进行定量分析。     

浅析河道中高桩码头桩群在数值计算中的处理方法

通过计算理想矩形水槽算例和实际工程项目,对比高桩码头桩群在数值计算中的两种常用的处理方法并分析它们的不同,以便更好地用数值计算方法模拟工程项目对河道流场的影响.     

码头群连体扩建对河道水流影响的数值模拟

为研究码头群连体扩建对河道行洪的影响,应用miki21软件对码头群连体扩建前、后的河道水流流态进行了数值模拟分析。结果表明:码头群连体扩建对河道水流有一定的影响,主河道水流壅水强度和范围较小;码头前沿流速有所增加,但影响强度和范围均不大,基本不改变河道行洪条件。综上,在河道水域建设范围有限的情况下,可通过码头群连体扩建,增加码头运力。     

设引桥的墩式码头建设对附近水域流态影响分析

由于设引桥的墩式码头工作平台与岸边具有一定距离,中间采用引桥相连,该类码头与岸边码头相比,对附近水域流态改变更大,尤其是工作平台与堤岸之间的水域,流向发生改变,流速增大,对堤岸产生冲刷,影响岸坡安全。该文采用平面二维模型对东江三角洲河道上某墩式码头工程前后附近水域流场进行了模拟,并分析其流态的变化,以及对附近河床及堤岸可能造成的影响,为堤防保护提供参考。     

灌河燕尾港2万吨级码头防洪影响潮流数模研究

为了研究大型涉水建筑物的修建对潮汐河段防洪的影响,以灌河燕尾港2万吨级码头防洪影响为研究内容,采用有限体积方法,建立三角形非结构网格二维潮流数学模型,分析码头建设前后工程区水位、流速和流场的变化。结果表明,码头兴建后对工程区河道的水位和流速影响均较小,流场变化局限在局部小范围地区,故对灌河的防洪影响较小。     

MIKE21在圆形桥墩对河道洪水影响数值模拟中的探讨

在对MIKE21软件的功能和局限性进行简单介绍的基础上,应用MIKE21模块对模拟河道进行非正交矩形和三角形网格剖分,对河道流场及圆形桥墩局部绕流进行数值模拟,得出建桥前后河道及桥墩局部的流场、流速和水位等值线,分析圆形桥墩对河道行洪的影响。     

河道范围内修建码头工程的防洪影响评价

依据国家计委、水利部<河道管理范围内建设项目管理的有关规定>(水政[1992]7号),对在河道管理范围内建设的码头工程,应进行防洪评价.根据2004年8月印发的<河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则>(试行)内容要求,进行了拟建码头工程防洪影响分析,主要内容包括河道演变分析、防洪评价计算和防洪综合评价等.河演分析结果表明,工程河段多年来河势稳定,河道深槽位置及两岸的江岸基本保持稳定;码头工程附近江岸基本稳定,工程水域河床冲淤幅度相对较小,具备开发利用的条件.平面二维数学模型计算结果表明,工程修建后对河道水位及流场的影响较小,码头工程的修建不会对其所在河段河势及行洪产生明显不利影响.     

万州关刀碛化危品码头平面二维水流数值模拟

本文采用贴体正交坐标系下的平面二维水流数学模型,分析了重庆万州关刀碛化危品码头的通航水流条件。通过二维水流数学模型的建立和计算,较好地模拟了关刀碛化危品码头的河道边界条件。经羊奶岩至红溪沟航段的实测水面线、水流流速分布验证,准确地预测了工程修建前后河道的水流流场,能满足工程通航研究的需要。     

引桥式高桩码头对弯道河道水流影响的数值模拟研究

为研究引桥式高桩码头对弯道河道水流的影响,建立了平面二维数学模型,基于弯道水流的运动机理,首先对数学模型进行了典型试验验证,然后模拟西江一多引桥式高桩码头对西江某弯道段水流的影响,指出了此类码头使弯道河道水流发生的独特变化,并指出数值计算中存在的不足及今后研究的努力方向。     

实测流量成果表中水面宽数据的检查

本文主要论述通过编程根据实测大断面成果表来检查实测流量成果表中水面宽的数据的合理性。具体方法为根据实测大断面成果表生成起点距面积检数表，再根据实测流量成果表中的基本水尺水位来检索左右起点距，计算出水面宽，与实测流量成果表中的水面宽进行比对，检查其合理性，进而检查相关联的断面面积、平均水深、流量等数据，为水文资料整编成果的审查提供质量保证。文中主要介绍了两种方法，一是根据实测大断面成果表检查原始测流数据中的左右起点距，二是根据实测大断面成果表检查实测流量成果表中水面宽数据，均能达到检查流量计算成果的目的。     

深水垫情况下水垫塘淹没射流特征分析

本文基于自由射流扩散规律的研究成果,在对常规水垫塘内水流流态进行分析研究的基础上,结合模型试验成果对深水垫情况下水垫塘内水流流态进行了分析,对淹没射流特征进行了研究。研究结果认为,深水垫情况下的水垫塘内水流流态的规律性比较明显,淹没冲击射流流态与淹没水跃流态平顺衔接过渡,总体上可认为是一种射流流态,符合射流的线性扩散规律。     

常曲率U型弯道水流紊动特性试验研究

采用三维声学多普勒流速仪,对水流三维流速进行了采集,对弯道水流的脉动进行了统计分析,研究了典型断面的紊动强度、紊动切应力、紊动能的分布。试验结果能够很好的揭示弯道水流的三维特性及分布规律。研究成果为进一步研究水流的紊动结构及泥沙的运动机理提供了参考资料。     

龙抬头泄洪洞水力特性的数值模拟

以某水电站泄洪洞为研究对象,结合大比尺水工模型试验,采用RNG k-ε数值模型,利用VOF法追踪自由液面,对龙抬头泄洪洞的流场进行了三维水力特性的数值模拟,并提出2种增加掺气设施的修改方案。结果表明:数值模拟结果与水工模型实测值吻合较好,该方法可以较好地模拟三维流场;增加掺气设施后可以有效地减轻下游反弧段的空蚀破坏。     

基于SPH方法实用堰水流的数值模拟

以数值模拟实用堰水流为目标,采用光滑质点水动力学方法,根据流量与上游水深关系,得到SPH方法推板模型入流边界。针对SPH方法明渠流动中的入流边界问题,利用添加推板模型的SPH方法对二维实用堰溢流水力特性进行数值模拟,获得实用堰水流水力特性,并进行物理模型试验,验证添加推板模型SPH方法的有效性。通过对流场、断面平均流速对比分析,结果表明:推板模型结果与试验结果吻合较好,推板模型可以准确的描绘水流运动状态;通过流量对比分析,在溢流过程中,推板模型与试验结果平均值相差-1.43%,推板模型可以保持实用堰上游水位恒定,提高计算精度。研究成果初步验证了推板模型的可靠性,为SPH方法入流问题提供了新的解决方法,具有一定的参考价值。     

溃坝洪水对构筑物冲击荷载的数值模拟

洪水巨大的冲击力对坝区及堤岸构筑物造成很大的破坏,准确计算溃坝洪水对构筑物的冲击荷载对于建筑物的安全设计是十分必要的。采用有限体积法和中心迎风格式建立了二维数值模型,用于计算溃坝洪水对构筑物的作用力,并将该模型应用于全局溃坝和局部溃坝的物理模型试验。计算结果表明:该模型能够准确地模拟全局溃坝工况下洪水对构筑物冲击荷载的变化情况,而对于局部溃坝工况,本模型的计算结果较为平滑,无法模拟实际水流紊动的过程,但其最大冲击荷载的计算值与试验测量值相接近。相比于三维数值模型,本文所建立的二维数值模型程序简单、计算效率高、计算结果与实测结果总体吻合较好,能够有效地用于预测溃坝洪水对构筑物的冲击荷载。     

导叶开度对水泵水轮机泵工况导叶区流场影响的试验研究

针对活动导叶开度对水泵水轮机泵工况导叶区流场和模型性能的影响,在高精度模型通用试验台上对一低比转速模型水泵水轮机导叶区的流场运用粒子图像测速(PIV)系统进行了测量。测量结果显示,同一开度下随着流量减小,无叶区内的流速出现增大的趋势;同一流量随着开度的减小,导叶前流速明显增大,模型效率下降。模型试验在转轮无空化条件下进行,但在8 mm开度83%最优流量工况,由于流速高、冲角大,造成位于高压侧的导叶头部发生了明显的绕流空化现象,并引起了固定导叶流道宽频带的压力脉动。研究成果可为水泵水轮机的优化设计和安全稳定运行提供试验依据。     

小宽深比U型弯道环流试验研究

采用多普勒超声测速仪(ADV),对小宽深比的U型弯道沿程断面上各不同垂线位置上的点进行了三维流速测量,并基于所测数据分析了主流线位置、横向流速沿垂线分布、环流结构以及环流强度等水力特性。研究结果表明:在60°断面后,水流的表层与底层主流线开始分离,形成复杂螺旋结构。水流进入弯道后,沿程各断面均形成一逆时针主环流,并且从75°断面开始,凹岸表层又出现与主环流方向相反的次生环流;环流强度最大值位置出现在弯道弯曲度1/3处附近。研究结果为进一步深入研究弯道水流紊动特性和泥沙运动提供了有效参考。     

多孔介质中非均匀流动模式示踪试验与弥散限制聚合分形模拟的应用

通过田间试验研究探讨了土壤水非均匀流动特性及其描述方法。采用染色示踪剂观察了土壤水非均匀流动模式，并采用功率谱分析方法探讨了流动的尺度特性。应用弥 散聚合限制模型(DLA)模拟非均匀流动模式。研究结果表明常耕地和废弃地条件下的非均匀流动的流动模式、染色比例、含水率变化量以及溶液浓度随深度的变化规律明显不同。功率谱分析表明，非均匀流动具有尺度相似性。弥散聚合限制模型中，粒子通过随机移动生成分形结构体，通过改变移动概率和进行结构分层使模型产生的流动形状与实际流动模式一致，说明DLA模型能较好的模拟非均匀流动，同时表明土壤非均匀流动具有分形特征。     

波浪和水流共同作用下水流时均流速分布

近年来的实验研究表明波流同向与波流逆向时的平均水流流速分布规律相差很大，这些差别是由波浪、水流共同作用所造成的。同时，研究波浪水流共同作用下的水流流速特性对揭示波流相互作用机理也非常关键。本文在建立波流边界层模型的基础上，建立了二维全水深波流数学模型，求解了波流共同作用下边界层内外的流翅构。数值模拟的结果表明：波流同向时上层Euler时均流速减小，波流逆向时上层Euler时均流速增大，数值结果与实验数据有较好的一致性。本文模型的结果较好地解释了波流相互作用的机理。