淹没丁坝三维水流数值模拟研究

采用两相流混合模型,并选取Realizable k-ε湍流模型封闭两相流时均方程,对梯型断面明渠淹没丁坝绕流水力特性进行三维数值模拟。速度与压力耦合方程组求解时使用半隐式SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)算法,模拟自由水面采用了VOF(Volume of Fluid)法。通过模拟得到了水面线、流速等水力参数的分布规律。模拟结果与实测资料的对比表明:两者吻合较好,VOF方法和Realizablek-ε模型的耦合求解能够很好地模拟明渠淹没丁坝绕流的水力特性,为丁坝的设计、布置与施工提供理论基础支持。     

潮汐双向流条件下丁坝水流特性研究

以长江口南支河段为原型,概化并建立水槽数学模型,研究径潮双向流条件下丁坝附近的水流结构。研究表明:丁坝一侧河岸,丁坝下游潮差远大于上游,在丁坝上游潮差小于对岸侧,下游潮差大于对岸侧;落潮时,丁坝回流区与壅水区长度大于涨潮,转流时刻,丁坝坝头附近流速相对较大;河床底部剪切应力变化在涨落急时刻最大,且落潮大于涨潮,转流时刻坝头及坝身迎水侧剪切应力增加明显。     

深水航道整治中新型结构淹没丁坝水流力特性研究

为研究新型结构淹没丁坝的水流力特性,基于有限体积法与自由液面捕捉法,通过流体计算软件Fluent建立三维数学模型对不同流速、水深与坝长条件下新型结构齿形丁坝的水流力特性进行研究。同时,设计了比尺为1:50的物理模型对不同坝长条件下新型结构丁坝水流力进行补充验证,数值模拟结果与试验结果符合良好。研究不仅得到了丁坝流场流速与水深的分布规律,同时分析了不同流速、水深与坝长条件下新型结构齿形丁坝的水流力响应规律,进而通过量纲处理分析了相对坝长与淹没度对水流力系数的响应规律,通过独立化分析的方法分别探讨了相对坝长与淹没度对丁坝水流力系数的敏感性。研究成果为新型淹没丁坝在长江南京以下12.5 m深水航道整治工程的应用提供一定的技术支撑与科学指导。     

道整治中新型丁坝块体结构试验研究

在总结国内外筑坝科研成果的基础上,提出了采用预制河砂块及建筑弃渣块作为丁坝材料的方法。对筑坝新型环保结构进行了材料力学试验研究,介绍了新结构的生产工艺及特点并进行效益分析。试验表明,利用天然河砂及建筑弃渣生产预制块体,强度上可以满足坝体的需要。     

水力插板透水丁坝群累积效应减轻局部冲刷效果的试验研究

水力插板透水丁坝是一种新型丁坝。本文以水力插板透水丁坝群、井柱桩透水丁坝群和实体丁坝群为研究对象进行动床模型试验。用测针测量各丁坝群附近地形,并用Surfer8.0绘制各丁坝群附近的地形图。结果表明:水力插板透水丁坝群累积效应减少局部冲刷的性能最好,其次是井柱桩透水丁坝群,实体丁坝群性能最差。最后详细地分析了各丁坝群减少局部冲刷差异性产生的机理。     

溢流丁坝附近自由水面的实验研究与数值模拟

在整治河道中，丁坝的存在使得丁坝附近自由水面及流场的三维特性非常突出，对这种三维特性非常突出的自由水面和流场的模拟在计算流体力学的应用中一直是个难点。作者对溢流丁坝附近的自由水面进行了实验研究，应用VOF方法和标准的k～ε模型耦合求解对丁坝附近自由水面的模拟，模拟结果与实测值吻合较好，说明VOF方法可以在丁坝附近自由水面的计算中应用推广。同时，还对溢流丁坝附近的流场进行了预测。     

水力坡度对淹没单丁坝近区水流结构的影响

采用超声波水位和PIV流速测量技术,在U形水槽中试验研究了不同水力坡度下淹没单丁坝对水流的影响。同一水力坡度,丁坝上游横比降沿程逐渐增大,丁坝下游横比降沿程逐渐减小。不同水力坡度,随着水力坡度的增大:① 丁坝附近的水位、横比降、淹没程度和丁坝迎水面与背水面的水位差逐渐减小;② 丁坝上游最高水位位置向下移动,丁坝下游水位恢复点位置向上移动;③ 断面平均流速及最大流速逐渐增大,但最大流速出现的位置基本不变;④ 漩涡流速分布较相似,但漩涡强度增加,坝后漩涡中心逐渐向下游对岸移动。当水槽坡度为-1‰~1‰时,淹没丁坝对丁坝上方5 cm处的剖面水流影响较小;当水槽坡度为2‰时,淹没丁坝对丁坝上方5 cm处的剖面水流影响较大;当水槽坡度为1‰~2‰时,淹没丁坝对水流结构的影响可能存在1个临界变化点。研究结果有助于对河床演变及海岸工程等复杂水环境问题的深入探索。     

水力插板透水丁坝在新疆多沙河流上优越性的初步研究

在前人对透水丁坝和水力插板研究的基础上,首次提出将透水丁坝与水力插板技术相结合,形成水力插板透水丁坝新型护岸结构。通过运用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件对水力插板透水丁坝与水力插板实体丁坝、井柱桩透水丁坝的水力特性进行数值模拟比较分析。结果表明:水力插板透水丁坝通过调水调沙的作用在自身防护和保护堤岸两方面均优于水力插板实体丁坝;水力插板透水丁坝比井柱状透水丁坝在缓流促淤、保岸护堤方面效果更好。     

丁坝群附近流场及局部冲刷的三维数值模拟

为探索丁坝群附近水流流场,揭示其局部冲刷的形成机理,该文采用Flow-3d软件,选取RNG k-ε湍流模型和以希尔兹(Shields)数为基础的泥沙推移质输沙率模型对上挑丁坝群的周围流场分布和局部冲刷进行了三维数值模拟。研究发现,丁坝群间涡系结构复杂,第一座丁坝坝头处有一对反向的旋涡和下潜水流,切应力达到最大值,使得该位置有较大冲刷坑发生,解释了冲刷机理。冲刷坑的模拟深度和范围与实验结果吻合较好,表明该模型可以用于丁坝群及相关河道整治工程的流场和冲刷坑计算。     

淹没丁坝端坡对附近水流结构的调整作用

工程应用中的丁坝往往具有一定的端坡,而且经常处于淹没状态。为了研究端坡对淹没状态下丁坝附近水流结构的调整作用,采用水槽试验和三维浅水模型相结合的方法,分析淹没时丁坝阻水面积相等条件下坝头直立和具有一定端坡时丁坝附近的表层平面流场、底层平面流速分布和底层切应力分布情况。结果表明:淹没程度?H/H?0.17时,丁坝下游仍出现回流区,端坡系数m等于1时相对回流长度和坝头附近流向偏角最大;存在一定端坡时,坝头附近临近底床平面强流速范围和底床切应力范围显著减小或消失,m等于7时能够将丁坝附近流场调整得较为均匀。     

水力插板技术在透水丁坝中的应用研究及展望

水力插板技术经过20多年的发展,已在多种工程领域中广泛应用,效果显著。与此同时,水力插板专用施工设备机械和水力插板工程试验研究也已经十分成熟。水力插板透水丁坝是将水力插板技术与传统透水丁坝相结合的新型水工建筑物,在实际工程中还未使用,而对于水力插板透水丁坝的研究也才刚刚起步。详细介绍了水力插板技术的研究现状,总结了水力插板透水丁坝的研究现状,提出了水力插板透水丁坝未来的研究方向,并对每个方向进行了详细的解释和说明,为水力插板透水丁坝用于工程实践提供理论基础。     

丁坝群近体流动结构的可视化实验研究

本文介绍了用颜料示踪和最新的油膜技术对流动进行可视化记录以研究淹没丁坝群的近体流场分布的试验结果。结果表明绕丁坝的近场流动具有强三维非恒定特性，表现在坝后振荡回流区的形成和坝顶表面波的生成。在坝头的分离区，流动加速并伴有二次回流，形成该处冲刷的水力学条件。在深淹没条件下丁坝后面主回流区的形成主要受制于坝顶的绕流，以垂向方向的回流为主，同时也受到坝头侧面分离流的影响，产生水平方向的倾斜和扭转。颜料示踪捕捉到丁坝近体的瞬间三维流动形态，油膜照片则清晰地显示出了床底及侧壁的旋涡大小及位置。     

弯道丁坝防冰结构布置形式试验研究

弯曲河流的凹岸易受到冰排的撞击而发生磨蚀、崩岸,该处的护岸工程也会在冰排撞击作用下发生破坏,丧失防护功能。研究冰排的运动规律,进而保护河岸意义重大。丁坝作为治河建筑物会明显改变水流条件,而冰排随水流而动,丁坝的存在必然会对冰排的运动产生影响。通过室内试验的方法研究了在河流凹岸布置丁坝后冰排的运动特性,比较了5种不同丁坝布置形式对冰排运动的影响。试验研究表明:从防冰效果看,双丁坝的布置方案要优于单丁坝布置方案;单丁坝布置方案中,弯道60°布置位置最佳;弯道首、尾部的双丁坝布置形式中,长丁坝的布置形式较短丁坝布置形式效果更好;在弯道后加置1~2个短丁坝可以使双丁坝布置形式的防护效果达到最佳。     

一种固结桩式薄板丁坝及其桩体的抗倾覆能力

介绍一种新型且经济的、带固结桩的预制插板丁坝,其固结桩是该丁坝的主要抗倾覆构件.通过室内试验和三维扫描技术,在细砂基床上开展了固结桩的抗倾覆性能研究.结果表明:固化剂与土体反应后在桩周形成"脚靴"状固结体,显著提高了桩的抗倾覆力;固结桩的倾覆过程分为微偏阶段、倾斜阶段、倾覆阶段和拔移阶段;固结桩抗倾覆力主要受桩体几何形...     

插板透水丁坝透水孔优化方案数值模拟

针对插板透水丁坝透水孔孔数和布置方式对丁坝作用区水流特性和冲淤变化影响的问题,采用CCHE2D水沙数学模型对塔里木河干流其满河段实体模型水槽插板透水丁坝区进行二维水流数值模拟,分析不同透水孔数和不同布置方式对河槽断面流速分布、水位及河床切应力的影响规律,寻求插板透水丁坝透水孔优化方案。结果表明:在来流量、透空率等因素不变条件下,插板透水丁坝透水孔数越多,流速均匀性越好,丁坝下游河床切应力呈减小趋势。当透水孔数达到4孔时,丁坝上游、下游水位、流速和河床切应力变化趋势均趋于稳定,为最佳的透水孔优化方案。研究成果为进一步研究插板透水丁坝区水流特性与缓流促淤效果奠定理论基础。     

梯形透空丁坝局部水动力特性对底栖动物生境演替的影响机制

针对因梯形透空丁坝局部水动力特性对底栖动物栖息地的影响机制尚不明确,限制了此类结构的大范围推广应用的问题,依托长江深水航道建设的示范应用工程,构建三维水动力数值模型,选择中华绒螯蟹为指示物种,研究了不同径流条件下梯形透空丁坝局部水动力特性及其对指示物种栖息地的影响;结合梯形透空丁坝不同时期沉积物和底栖动物的监测数据,分析了梯形透空丁坝对底栖动物生境演替的影响机制。结果表明：梯形透空丁坝迎流面产生的上升流将主流引导至丁坝后上方,在汛期为中华绒螯蟹提供了避洪场所;坝内及坝后较小的流速和丰富的流场结构为中华绒螯蟹提供了索饵场和越冬场。     

丁坝水流的水槽试验及数值模拟研究

该文进行了丁坝绕流水槽试验,采用测压管和激光多普勒测速仪(LDV)测量了正交绕流单丁坝附近的水位和流速,同时利用商用软件CFX,基于有限体积法,采用k-ε湍流模型,数值模拟了丁坝附近水流的三维流动过程,并将水槽试验结果与数值模拟结果进行了对比分析.实验结果表明,该模型能有效地模拟丁坝附近区域复杂的水流特征,可以在河道整治过程中为丁坝的设计提供基础数据.     

基于根石探测技术黄河宁夏段丁坝冲深研究

梳理分析2013年完成的黄河宁夏河段水下根石探测成果,并对比传统的经验公式计算结果,提出了宁夏河段合理的丁坝设计冲刷深度建议值,即仁存渡以上河段取12.9 m,仁存渡以下河段取16.0 m,有利于河道整治工程运行安全。     

郑州黄河长管袋结构实验坝应用效果分析

郑州市黄河长管袋结构实验坝近年来出险具有猛墩猛蛰的特点，往往土胎裸露，在大水或险恶水流条件下出险并迅速垮坝的威胁较大．其出险的原因在于长管袋排体在水流的长期作用下，突然发生滑动或断裂破坏、该坝型给巡坝查险、预防出险造成困难．随着长管袋的日益变形、破坏，其出险将会加剧．建议对该坝型进行加固处理，设置类似于险工工程的根石台，该坝型的继续实验应在重大改进后进行。     

水力插板透水丁坝坝头冲刷坑深度模型试验

为探索水力插板透水丁坝减小坝头冲刷坑深度的最佳设计参数和布置方案,通过改变流量、丁坝挑角、丁坝透水率、丁坝长度进行单因素影响试验,得出坝头冲刷坑深度与各单因素的回归方程。从每组单因素试验结果中选择最佳试验水平,利用L9(34)正交试验设计表设计4因素3水平的正交试验。试验结果表明:4个单因素对水力插板透水丁坝坝头冲刷坑深度的影响从大到小依次为:丁坝透水率、流量、丁坝长度、丁坝挑角;在一定流量条件下,水力插板透水丁坝最佳布置方案的设计参数为丁坝透水率30%、丁坝长度30 cm、丁坝挑角60°。