库区交汇河段淤积沙坝形成的水动力试验研究

通过典型库区交汇河段模型试验研究了在汇流比与坝前水位影响下,断面平均流速和水流挟沙力的沿程变化规律,阐释干流淤积沙坝的形成机理及汇流比与淤积沙坝分布的关系.结果表明:水流由干支流向交汇区下游运行过程中,断面平均流速与水流挟沙力均存在由增到减的转折点,转折点位于干流交汇区内;当汇流比大于0.56时,从支流河道到交汇区下游挟沙力出现了骤降.水流挟沙力的不均匀变化导致了干流淤积沙坝的出现,汇流比的大小则决定了淤积沙坝形成的部位.随着坝前水位的升高,交汇河段淹没程度增大,交汇区内的转折随之弱化.     

汇流比对U形弯曲交汇河道中污染物离散系数的影响

针对弯曲河道交汇区污染物离散系数的分布特征进行研究,通过建立U形弯曲交汇河道水气两相流数学模型,进行交汇区水动力数值模拟。数学模型经试验数据验证后,模拟分析了不同汇流比对弯道交汇区水流结构和离散特性的影响,离散系数采用二维离散张量法进行计算。结果表明,支流入汇导致交汇断面附近纵向和横向离散系数达到峰值,该峰值随着汇流比的增大而增大;横向离散系数沿程分布呈现单峰结构,纵向离散系数沿程分布呈现双峰结构。     

等宽明渠交汇口壅水特性数值模拟

为研究不同交汇角度θ和流量比q对明渠交汇口壅水特性的影响规律,利用体积函数法(VOF)追踪自由表面,采用雷诺应力模型(RSM)封闭控制方程,建立明渠交汇水流三维数值仿真模型,对3种流量比和7种交汇角的21种组合工况进行模拟研究,对交汇口附近的三维壅水形态进行分析。结果表明:由于支流汇入的顶托作用,上游区域内水位壅高,交汇区域内出现水面跌落现象;同一流量比工况下,随着交汇角的增大,上游水位逐渐增大,下游水面跌落现象越来越剧烈;对所有工况的上下游最小水深比h^*_d和最大水深比h^*_m进行计算,发现在本文研究的流量比及交汇角变化范围内,上下游最小和最大水深比均随着交汇角的增大而增大,随着流量比的增加而减小。最后,对上下游水深比的变化范围进行分析,得出结论:同一流量比工况下,交汇角增大,交汇口附近水面变幅增大;同一交汇角度工况下,流量比增大,交汇口附近水面变幅减小。     

变流速比与宽度比条件下分汊河道分层流紊动特性

针对目前分汊河道分层流紊动特性研究的空白,通过物理模型试验探索分汊河道温差剪切分层流在不同上下层速度比与汊道宽度比影响下的紊动强度变化规律。结果表明:随着上下层流速比由大变小,汊道分层流发生从分层到混合的转捩。在混合流条件下,支汊沿程断面高紊动区由C形分布转变为倒C形分布,最终全断面紊动分布均匀;随着支汊宽度增大,高紊动区出现的断面位置呈现滞后性,且紊动能量值增大。其他分层流态条件下,强紊动能分布的范围和量值都有所变化。对于交汇口断面,对称汊道在断面中心处掺混剧烈,随着上下层流速比的增大,紊动能量值减小;不对称汊道出口断面紊动强烈区域向较窄的左支汊一侧移动,与岛屿尾尖位置密切相关。     

交汇区水流结构对水温分布特征的影响机理

为分析交汇区复杂的水温分布规律及其受水流结构影响的机理,采用Fluent数值模拟软件,通过改变汇流角和汇流比,模拟了不同条件下交汇区的时均流场、紊动特性和水温分布,分析了各工况下交汇区水平面及断面水温分布特征(水温非均匀性指数)和水流结构特征参量(紊动能和涡量)间的关系,探究了不同水流结构对水温分布的影响机理。结果表明:水流剪切影响热掺混层的位置,二次环流影响热掺混层的形态;汇流角或汇流比越大,断面非均匀指数越小,水温掺混越快,热掺混层随剪切层位置的改变越靠近外岸壁(交汇口对侧壁面),热掺混层弯曲程度随二次环流强度增大而增大;紊动能及涡量与断面非均匀指数之间呈现良好的线性关系。     

薄板坯连铸工艺因素对结晶器非稳定流场特征参数的影响

利用波高仪和粒子示踪法在1∶1的水力学模型中研究了薄板坯连铸工艺参数对结晶器内非稳定流场特征参数的影响.结果表明:流场特征参数随时间变化具有一定的周期性.随着拉坯速度增加,平均射流撞击位置下降,平均回流区中心深度下降,平均波高增加;同时,撞击点、回流区中心深度和波高的变化范围增大,周期减小,结晶器内流动不稳定程度增大.随着水口浸入深度增加,平均射流撞击位置下降,平均回流区中心深度下降,平均波高减小;同时,撞击点、回流区中心深度和波高的变化范围减小,周期增加,流场不稳定程度减小.随着水口出口角度增加,平均射流撞击位置下降,平均回流区中心深度下降,平均波高减小;对于较大的水口出口角,尽管结晶器内流场非稳定流动范围较大,但是流场的运动周期较大,液面波动的非稳定程度却较小.     

丁坝回流区水流紊动强度试验

丁坝是一种河道整治及护岸工程的设施。为研究丁坝回流区水流的脉动特性和冲刷机理,对玻璃水槽内丁坝回流区水流进行了测量。用三维激光颗粒动态分析仪(3D-PDA)测量三维脉动流速。分析了丁坝后3个流区(主流区、回流正流速区和回流负流速区)的紊动强度。结果表明:丁坝后回流区纵向紊动强度明显增强,且回流正流区大于回流负流区。主流区、回流正流速区和回流负流速区的3个流区纵向紊动强度均以对数形式沿程减弱,至回流结束一段距离后恢复到无丁坝状态。     

明渠自掺气水流气泡特性的试验研究

采用针式掺气浓度仪对明渠自掺气水流的气泡特性进行了试验研究,结果表明：在掺气发展区,气泡总数沿程增加;同一断面上,气泡个数从底部至水面方向先增加后减小,个数最多的点大约位于自掺气水流的两区交界面处;底部气泡尺寸的分布比较集中,愈接近水面分布愈分散;气泡平均等容直径从槽底向水面方向迅速增大;在试验的流速条件下,渠底附近2mm以下的气泡个数沿程不断增多。     

三峡水库重庆河段平面二维水沙数值模拟

本文针对长江重庆河段复杂的水沙运动特点和地形条件,考虑悬移质和推移质运动,采用有限体积方法建立了平面二维非恒定水沙数学模型,对重庆河段的水流运动和泥沙冲淤进行了模拟。模型中针对长江河道的实际情况,采用李义天提出的分组挟沙力级配计算方法以及床沙质范围界定方法,对现有三峡库区数学模型进行了改进,并利用重庆河段原型观测资料对模型进行了验证。结果表明,模型计算的沿程水位、断面流速分布和河床冲淤变化与资料符合较好,此模型可以用于重庆河道的水沙变化问题研究。     

三峡水库重庆河段平面二维水沙数值模拟

针对长江重庆河段复杂的水沙运动特点和地形条件,考虑悬移质和推移质运动,采用有限体积方法建立了平面二维非恒定水沙数学模型,对重庆河段的水流运动和泥沙冲淤进行了模拟.模型中针对长江河道的实际情况,采用李义天提出的分组挟沙力级配计算方法以及床沙质范围界定方法,对现有三峡库区数学模型进行了改进,并利用重庆河段原型观测资料对模型进行了验证.结果表明,模型计算的沿程水位、断面流速分布和河床冲淤变化与资料符合较好,此模型可以用于重庆河道的水沙变化问题研究.     

河道交汇区涡旋结构研究

利用粒子图像测速技术(PIV)实现了基于涡量的剪切层和分离区位置的精确确定,同时对汇流区水平面内的涡旋结构进行系统观测和分析。研究发现:剪切层和分离区近水面和近底面水深平面的涡旋密度大,水深中部的涡旋密度小;支流流量增大的情况下涡旋密度均增大。槽底壁面湍流是近底面涡旋密度大的主要原因。剪切层由水流剪切产生的剪切涡以小旋转强度涡旋为主,分离区由水流分离产生的分离涡以中等及小旋转强度涡旋为主。     

黄浦江河口建闸对内河水环境的影响

应用一维水动力、水闸调度、水质的综合数值模型，定量分析了规划中的黄浦江河口挡潮闸对内河水质可能产生的影响．结果表明，挡潮闸建设总体上对黄浦江水质有改善效果，可减少污水在河道内回荡、滞留的时间，防止污水团上溯．另一方面，挡潮闸的运行将使内河水体流动变缓，复氧能力下降，从而使溶解氧质量浓度总体下降，并使河道排污口附近局部水体水质恶化．建议挡潮闸的建设应与黄浦江沿岸排污口和支流的治污截污工作相结合，以避免其负面影响．     

基于CFD的自动计量弧形闸门水力特性三维数值模拟

建立了自动计量弧形闸门不同开度时,闸门安装段流体计算域的三维模型,采用VOF模型及标准k-ε模型对过闸水流进行三维数值模拟.获得过闸水流的流动特性和渠底所受压力曲线,分析其流速、流场、压力分布的变化规律,提出了闸门安装段渠道结构的改进方案并进行仿真.结果表明:与现有弧形闸门安装渠道相比,修建消力池、加长闸后矩形明渠的长度,不仅可以削弱水流对渠道的冲刷与破坏作用,减少闸门底部泥沙堆积,而且闸门前后渠底所受压力平稳区的水压波动范围减小,有利于提高水位测量精度.     

ADP-flow velocity profile to interpret hydromorphological features of China''''s Yangtze Three-Gorges valley

Land and sea are linked closely by large rivers throughrunoff and sediment discharging and biochemical materialtransferring into the sea[1?3]. The processes carried out byenergy exchange have been in a sensitive response toglobal change[4]. To study the mechanism of sediment transport in the river basin as to reflecting hydromor- phological and climatological controls is thus becoming vital for earth scientists, at present and in the near future since any change in fluvial landform is of a gre…     

Impact on the Yangtze (Changjiang) Estuary from its drainage basin: Sediment load and discharge

This paper focuses on the sediment transport and freshwater discharging from upper Yangtze drainage basin downstream, primarily on the basis of multiyear hy-drological data collected from three major hydrological gauge stations (Yichang, Hankou and Datong). Data indicate highest sediment load in Yichang (5.6×108 t/a), lowest in Hankou (5.1×108t) and second highest in Datong (5.4×108 t). This fluctuations are identical with what has been observed from the annual flood season. About one thirds of the sediment load are trapped in the middle Yangtze River course, where meandering river pattern prevails; rest of them are directly transported to the river mouth area via lower Yangtze River channel, where the river is typically confined by the exposed base rock and almost none is being trapped, instead, minor being drained to the mainstream from the local tributaries. To recognize this sediment delivery and river flow media is vital, because it can highlight morphologic/topographic correlation between the upper drainage basin and the estuary and the erosion and siltation in the river mouth area, where extensive coast has been exclaimed and or being exclaimed, and new navigation channel and port is being constructed. It is particularly crucial for monitoring the impact on estuarine change after 3-Gorges dam being closed in 2009. Data also indicate an increase in freshwater discharging downstream (>7.7×1111 m3/a), of which -50% derived from the upstream and another half concentrated from the local tributaries. The result shows that this numerous freshwater has constantly flowed into the river mouth area to support the estuarine aquaculture and ecosystem, where it is confronted with huge amount of tidal prism (>10 times more than that of the annual runoff) transforming from offshore. Thus, a great concern for saltwater intrusion especially during the dry season is aroused, largely due to the intense upstream agriculture irrigation and large water transfer project, such as the well-planned South-North Water Transfer project.     

重庆主城区两江汇流流场数值模拟

基于Delft3D数学模型,采用交错C网格和ADI法对重庆主城区内的长江及嘉陵江汇流流域进行了流场的数值模拟.模型利用实测数据对模拟结果进行了验证,分别对汇流段的水位、流速、流量和示踪浮子的漂浮轨迹进行了研究.结果表明:计算模型及对各项参数的简化可达到精度和可行性要求;菜园坝附近区域可能产生污染物盘桓,朝天门码头和汇流口上游的长江右岸有污染物流向岸边的危险.模拟结果可为两江流域的洪水预报、污染监测、航道管理等提供科学的数据.     

明渠水流速度对自掺气发展影响的试验研究

采用针式掺气浓度仪对有压出口后明渠水流表面自掺气的发展过程进行了详细测量,研究了不同出口流速条件下掺气发展区的掺气浓度分布及其沿程发展变化情况,分析了流速对自掺气发展的影响。试验结果表明：随着出口流速的增大,相同断面处水流平均掺气浓度不断增加,掺气区向渠道底板扩展更加充分;在断面平均掺气浓度相同的条件下,水流速度越大,水体紊动程度越高,气泡向渠道底板方向扩散越明显。结合紊动扩散理论分析,认为流速对明渠自掺气扩散的影响包括提高水流掺气浓度和增大水体紊动扩散系数两个方面。     

静电分离器中电流体流场可视化研究

采用粒子成像测速技术(PIV)对线-板式静电分离器中微米级别油滴(2μm)的流动特征进行可视化研究,得到在充分发展的层流条件下(进口气流流速0.16 m/s)电流体随施加电压变化的典型流型及速度分布。结果表明:电流体流型和速度的分布随着施加电压的改变而变化;在外加电压低于起晕电压(小于8 kV)时,流场没有明显变化;随着电压的升高(8～12 kV),放电电极附近及分离器的下游油滴在静电力的作用下以喷嘴的形式向两个收集电极移动,径向运移速度和放电电极上游轴向速度随电压升高而升高;当施加电压大于12 kV时,在放电电极上游电流体二次流以两个对称的反向旋转涡的形式出现,涡的大小随着电压的升高而增大,径向运移速度最高可达0.4 m/s,同时在静电分离器下游出现回流,二次流和回流的出现阻碍了流体沿轴向运移;分离效率随着施加电压的增大而增加。     

开通闸条件下船闸安全运行试验

采用物理模型试验对船闸开通闸的安全运行条件进行研究,给出不同上下游潮位差条件下闸室及引航道区域的水流流态、流速和启闭机受力规律,并根据试验结果建立不同潮位差与最大纵向流速的关系式,提出开通闸安全运行条件的确定方法。该方法以上下游潮位差为控制条件,以流态、最大横向流速、最大纵向流速、最大启闭机受力作为船闸开通闸安全运行的判别指标,综合确定开通闸安全运行的潮位差条件;焦港船闸的实例应用表明,其开通闸运行安全条件为上下游潮位差处于-0.37~0.39 m之间。