剑潭双线船闸泄水口及下引航道通航水流条件模型试验

针对剑潭双线船闸存在的平面尺度大、输水强度高,下游共用引航道宽度有限、可能存在回流、斜流等水力学问题,采用比尺1:30的物理模型,对剑潭双线船闸泄水口及下引航道通航水流条件进行模型试验研究。结果表明,剑潭双线船闸泄水口采用部分旁侧泄水形式布置是合理的;增设透空分水墙可以减弱隔流堤堤头回流强度;双线船闸同时泄水时,共用引航道内流速较大,采用错峰泄水或反向运行方式可以将流速降至规范限值以内。采取相应优化措施后,在设计最不利水头组合工况下,剑潭船闸输水系统泄水口及下引航道各项水力指标均能满足设计和规范要求。研究成果可供类似工程参考借鉴。

桃源枢纽河段通航水流条件数值模拟

针对桃源枢纽船闸存在的碍航问题,以沅水桃源枢纽二线船闸建设工程为项目依托,采用二维动力学数值模拟方法对桃源枢纽—周文庙水文站河段通航水流条件进行研究。基于对多工况水深、水位、流速等参数的分析,进而研究枢纽与坝下航道的通航水流条件和碍航滩段,并根据滩险问题提出挖槽疏浚等航道整治措施。结果表明:在现有地形条件下工况1(Q=217 m^(3)/s)和工况2(Q=380 m^(3)/s)在距桃源枢纽0~20 km河段和80~95 km河段碍航问题突出,当流量大于工况3(1 233 m^(3)/s)时满足Ⅲ级航道尺度要求。经数学模型验证,对碍航滩段进行拟定的挖槽疏浚等措施能够有效改善航道的通航水流条件。

不同来水流量下黄土堰塞坝溃口展宽历程的水槽试验研究

黄土在水流作用下容易遭受侵蚀,不同流量的来水对黄土堰塞坝的溃决过程和溃口扩展方式有显著影响。该文通过一系列水槽实验,流量分别为0.6 L/s、0.8 L/s、1.0 L/s、1.2 L/s和1.5 L/s,得到以下结论:①当来水流量Q≤1.0 L/s时溃口展宽为短暂历程,经历溃口贯通一个过程;来水流量Q>1.0 L/s时溃口展宽为完整历程,经历溃口贯通、快速发展、稳定三个过程;②溃口快速发展阶段中,侵蚀深度和坡角控制着溃口两侧土体的稳定性,坝顶溃口形态以及溃决流量的变化反映侵蚀方向和强度的变化;③黄土的水敏性促进了管涌现象的出现,使得坝体内部侵蚀更为剧烈,导致溃口展宽出现短暂历程;④完整历程模式下洪水迅速强烈地冲击下游,而短暂历程模式需要持续稳定的应急措施来应对洪水风险。能够为黄土堰塞坝的溃决机理和防治措施提供参考支持。

双岸整治下插板透水丁坝调控区水流特性研究

为治理塔里木河新其满#3引水口河段,运用插板透水丁坝进行双岸整治,并采用CCHE2D对塔里木河新其满河段#3引水实体水槽模型进行数值模拟,分析了双岸整治下插板透水丁坝不同间距对各调控区水面线、流速、切应力及分水束流的影响规律。结果表明,受到双岸插板透水丁坝调控作用,在Ⅰ、Ⅱ区形成缓流促淤区、Ⅲ区形成束流冲刷区;随丁坝间距增大,各调控区流速减小,缓流率增大;上游丁坝水位雍高值及切应力越小,下游水位雍高值及切应力越大;在Ⅰ、Ⅱ区分流比减小,Ⅲ区束流率增大。当L=4b时,Ⅰ、Ⅱ区缓流率最大为53.2%、93.8%,分流比最小为7.28%、7.14%,Ⅲ区输水输沙能力较单岸丁坝明显增大且具有一定的分水束流作用。研究成果可完善双岸整治下塔里木河河道整治及防护工程研究理论。

低速水流作用下水泥净浆缝面溶蚀的试验研究

为探究低速水流作用下水泥净浆缝面流速与加速钙溶蚀效应之间的定量关系,使用1 moL/L NH_4Cl溶液作为溶蚀介质,在0.0、0.3、0.6、1.2、2.4 m/s流速下对水泥净浆单裂缝表面开展静态和动态溶蚀试验,研究缝面溶蚀—冲蚀深度、钙离子溶出量、质量损失率、曲折度、粗糙度和剩余固相钙含量6种评价指标的时变规律,并通过SEM/EDS和XRD进行微观机理解释。结果表明,2.4 m/s范围内的净浆缝面动态溶蚀过程仍满足Fick扩散定律,流动水对缝面无明显冲蚀作用,加速溶蚀效应与流速之间呈负指数函数型增长关系;流动水仅在溶蚀初期会引起缝面曲折度和粗糙度的显著降低,后期几乎无影响;流动水仅加速缝面溶蚀过程,不同流速下的最终缝面剩余固相钙含量相近。

深层岩溶地下水系统水流动力学特性与溶质运移模拟

我们最近研究了深层地下岩洞里的水是怎么流动的,以及水里的一些物质是怎么移动的。我们不仅去了现场观察,还做了一些地质调查和实验室里的小实验,来了解地下水的流动情况、它们之间的联系、变化情况,还有水里化学成分的特点。我们发现,这些深层地下岩洞里的水系统,就像一个巨大的水库,能储存很多水,还能调节水量。在岩洞发育得比较好的地方,水流速度特别快。而且,地下水的温度会随着深度的增加而升高。我们还用了一些软件,比如MODFLOW和MT3DMS,来模拟这些物质在地下水中的移动情况。结果 告诉我们,这些物质在地下水中的移动速度很快,路径也很复杂,它们的浓度会随着时间和地点的不同而变化。地下水的开采活动可能会改变这些物质的移动路径和速度,这可能会导致污染的范围变得更大。这些发现对于我们如何科学地管理水资源,以及如何让水资源能够持续利用,提供了很重要的信息。

前置宽体竖井进水流道水泵装置特性

为解决水泵机组设备布置与泵装置性能优化之间的矛盾,提出宽体竖井设计方法.基于三维湍流数值计算方法和熵产理论,比较了宽体竖井进水流道与2个常见的尖锥形竖井进水流道的水力特性.设计制作宽体竖井进水流道水泵装置模型,并试验测试5个叶片角下泵装置的能量特性、空化特性和飞逸特性.结果表明:宽体竖井方案与其他2个方案的内流场相似,在设计流量工况下流速均匀度均为95%左右,加权平均角度均大于89°;不同流量工况下,3种方案水力损失均接近,竖井前段熵产仅占后段的7.470%,竖井前段宽体型线对流道能量耗散无影响;当叶片角为0°时,水泵装置效率最高达79.19%;5个叶片角的泵装置临界空化余量均小于6.0 m;当叶片角为-6°时,扬程为2.36 m的最大飞逸转速为278.6 r/min;宽体竖井的水力特性与常规竖井相近,具有可同时满足设备布置与泵装置性能需求的特点.

滨涌泵站进出水流道CFD分析

滨涌泵站里有北部排灌渠水,外有小榄水道,为了提升小榄镇防洪排涝能力,评估小榄镇滨涌泵站布置是否合理安全,基于中山市小榄镇滨涌泵站位置环境和建设任务,在分析工程总体布置情况的基础上,根据原型泵主要设计参数,采用三维湍流数值模拟方法,通过CFD技术建立数学模型,对潜水贯流泵运行的流道流场及出水系统进行了探讨,研究结果显示,滨涌泵站采用堤身式斜向布置,进、出水流道水流较为平顺,流动相对平稳。为复杂水流下的泵站布置与安全评估提供了借鉴。

水利水电工程泵站进水流道优化设计对提升效率与减少空化的影响研究

文章就水利水电工程泵站进水流道优化设计在提升效率,降低空化等方面的作用展开深入的研究。通过对国内外泵站进水流道设计对于效率提升作用的分析,讨论流道设计参数对于泵站效率提高的具体作用,最后将优化设计应用于实际项目进行验证。结果发现,优化设计可以有效地增强泵站效率、减小水力损失、改善流速均匀度及压力分布均匀度、降低空化指数及涡动损失系数。以广和泵站为例,采用三维流动模拟及优化设计显著提高泵站效率。研究成果可为水利水电工程泵站设计与运行提供科学依据。

竖井式贯流泵进出水流道优化CFD仿真计算

结合引江济淮工程(河南段)赵楼竖井式贯流泵站进水流道、出水流道优化,应用CFD(计算流体动力学)技术对赵楼泵站进、出水流道,叶轮,以及导叶内的流动进行三维紊流数值模拟,确定了综合考虑泵段性能、超声波流量计安装要求和土建投资的进出水流道优化方案。研究结果表明:进水流道竖井头部和尾部的收缩曲线影响流线流速分布;减小进水流道竖井总长度,同时,竖井头部形状为渐变收缩、尾部形状为圆弧的进水流道方案总体水力性能较好。直管式出水流道的断面面积及断面平均流速变化均匀,并且水力损失较小。研究结果可为大中型竖井式泵站的进、出水流道优化提供理论参考。

基于阻力规律视角的水流能态区辨识

高、低水流能态区形成条件不同,其识别对于预测动床阻力具有重要意义。基于量纲一阻力方程推导了一个新的高、低水流能态区判别函数,包含悬浮数和水流作用数2个量纲一参数,提出了能态转变角和能态转移路径的概念,从流动阻力角度重新审视了水流能态区分问题。通过国内外4176组水槽和野外实测数据对该函数进行率定,确定了高、低能态区的临界方程。研究结果表明:该方法低能态区预测精度约为91%,高能态区约为85%,综合精度约为89%;在细沙河流中,随着水温的降低,更易发生水流低能态向高能态的转变。本文建立的判别函数不仅可高精度识别水流能态区,还可分析水温对能态区过渡的影响。

水流、波浪作用下复杂桥墩动力响应

为了明确水流和波浪作用下复杂桥墩动力响应特点,以某4柱桩柱式框架墩连续梁为依托,运用ANSYS建立桥梁(墩)-水耦合数值分析模型,分析桥墩在水流作用下绕流,对单墩和桥跨结构中该墩在不同流速、不同波高以及波、流联合作用动力响应进行研究。研究表明:绕流分析显示各墩柱速度场和压力场不对称;水流单独作用时,动力响应均随着流速和水深的增加而增大;与单墩相比,由水流产生的桥梁结构中桥墩动力响应小,且动力响应随流速和水深增加而逐渐增大;波浪单独作用时,单墩和桥梁结构中桥墩的动力响应均在波峰作用时产生最大值,在波谷作用时产生最小值;随着波高增加,桥墩和桥梁动力响应在波峰和波谷处动力响应最值随之增大;随着入水深不断增加,波浪对单墩和桥梁结构中桥墩的动力作用越显著;波、流联合作用时,桥梁结构中桥墩动力响应均随着波高和水深增加而增加,波峰时动力响应最值随着流速增加而增大,波谷时动力响应最值随着流速增加而逐渐减小,水流影响系数最大12.96%,表明波浪在动力响应中起主导作用;波浪波向和水流流向相同时,波、流联合作用动力响应并非两者单独作用叠加。

抚河疏山水利枢纽船闸通航水流条件研究

为满足水运需求,解决船闸引航道口门区受河段地形和涉河建筑物影响而导致的通航条件困难等问题,保障船舶安全通行,以抚河疏山水利枢纽船闸工程为例,采用数值模拟方法,对枢纽船闸上游引航道口门区通航条件进行计算分析,针对不良流态问题提出优化方案措施,并对方案前后枢纽通航条件进行对比分析。研究表明,调整船闸平面布置等措施对改善设计阶段的枢纽船闸上引航道口门区通航条件是有效的。研究成果可为抚河疏山水利枢纽船闸工程通航及其他类似河段工程提供技术支持。

数字孪生水利赋能水流资源确权登记应用与探索

数字孪生水利建设、水流资源确权登记分别是水利部门、自然资源部门近期开展的重大工程项目之一,两者在实现基础地理数据共建、共享方面均有很大的需求。为解决水流资源确权登记工作所面临的重点和难点问题,通过数字孪生水利建设的技术手段、工作思路及其统一的数据底座,助力水流资源确权登记完成异源数据的同构,借助三维场景提高外业调查效率,实现登记单元范围的精准划定。结合近年来所从事的工作实际和部分典型案例,详细论述了不同的实现路径、应用方向和实施效果,为后续水利行业与自然资源规划行业更广泛的深度融合提供了一定的实践价值。

《港口工程荷载规范》船舶水流力计算公式的修正方法

随着船舶大型化和停泊水域动力环境复杂化,利用现行JTS 144-1—2010《港口工程荷载规范》附录F计算船舶水流力时,发现公式中存在诸多缺陷,主要为:1)相对水深适用范围窄;2)水流流向角分区段计算方法不统一;3)纵、横向水流分力的作用点不明确;4)引用相关数据缺陷等。严重制约标准规范的推广应用。因此,基于标准修正专项的研究,通过收集比对国外标准和规范等资料,以及结合笔者前期所开展大量船舶物理模型试验结果等方法,得到了将现行规范水流力计算公式中相对水深适用条件由1.5扩大至6.0;提出了以船舶中心为力作用点的新坐标系下,采用横向分力、纵向分力和偏心力矩3部分组成的水流力计算修正方法,满足了规范修正目的。

基于水流特性的桥区船舶通航风险分析

为评估桥区船舶通航风险,构建考虑船舶运动特性的三维流场模型,研究水流影响下船舶过桥行为的偏航特性和受力特性.确定桥梁和船舶的通航风险评估分级标准,建立了基于模糊逻辑的船舶顺流通航风险评估模型.结果表明,桥墩间距风险等级划分临界值为40和60 m,具体分级标准因水期的不同而异.船速在枯水期、中水期和洪水期的低风险范围分别为1.6~2.5、2.0~2.5和1.6~2.0 m/s.洪水期通航风险高于其他时期,主要表现为通航尺度受限时的撞桥事故.相比于传统评估模型,所提模型根据船舶直接受力与运动表现来确定桥梁、水流和船速等因素分级标准,简化了评价指标体系,降低了模型主观性.

西方学者水流挟沙力公式剖析研究

水流挟沙力计算是解决河流动力学理论与工程实际问题的至关重要环节。西方学者水流挟沙力研究比我国起步早,对学科发展过程影响较大。本文系统回顾了西方学者的水流挟沙力公式研究发展状况,详细阐述公式建立思路、推导过程以及细节处理,剖析理论和实用价值及缺陷。结合黄河下游悬移质泥沙为主的实测资料检验,表明西方及受其学术思路影响学者的挟沙能力公式的建立多参照了推移质输沙公式思路,物理图形不符合黄河的悬移质输沙实际,故相比于常用国内学者公式,计算精度明显较低,难以满足多沙河流上工程计算需要。针对各公式的具体结构形式,本文将水流挟沙力公式表达为阻力系数项、水流动力项、泥沙因子倒数项与常数项的乘积,结合黄河土城子河段高精度水流挟沙力观测资料,辨析相关因子特征,认为西方学者及受其影响的水流挟沙力公式在结构上弱化了泥沙影响因素的作用,且大都存在水流挟沙力同阻力系数成正比的理论缺陷,难以体现河床和水流的自动调整作用,不能通过实测资料率定系数、指数的途径提高公式的使用价值。

地下泵站进水流道数值模拟与方案优化

以典型地下泵站的进水流道为研究对象,建立数值仿真模型,分析设计方案的水力特性及存在不足,并给出优化方案.研究结果表明:在原方案中,外侧水泵进水管入口中心和圆洞出口中心的连线与来流方向的夹角达到70°,水流大角度偏转,并在进水管入口出现脱流现象,水头损失系数达到2.31~2.44,水泵进水管出口的流速分布均匀度为95.09%~96.80%,速度加权平均角为86.51°~87.41°,原方案的圆洞突扩进入压力罐,然后突缩进入水泵的进水管,且压力罐内无任何导流措施,致使局部流道产生了较大的水头损失;优化方案提出了“集管+岔管”的分流措施,通过2个60°弯头实现水流流向的偏移,平面和垂直方向均没有突扩或突缩结构,水头损失系数减小至0.93~1.07,优化方案不仅改善了流道的水力性能,也避免了开挖、衬砌压力罐.研究结果可为类似地下泵站进水流道设计提供一定依据.

无阀纳米泵中水流的反常堵塞

对于颗粒物质,在锥形通道的窄口处容易发生堵塞现象,实验中通常利用机械振动进行疏通.而对于无孔不入的水却不同,即使在纳米尺度的碳纳米管中仍然可以快速通透.本文利用分子动力学模拟研究了由锥形碳纳米管与石墨烯平面构成的无阀纳米泵,发现水输运在一定条件下也会出现反常堵塞.与颗粒物质截然不同的是振动方法无法恢复水流,相反,它促使水在纳米水泵的通道窄口处发生堵塞.通过分析堵塞区水的密度分布、氢键寿命、水分子的结构特征,揭示了反常堵塞是由腔体中振动膜的高频振动引发水的结构相变造成的.

弗劳德数及雷诺数对泄洪洞高速水流掺气的影响

基于两河口电站深孔泄洪洞建立试验模型,研究弗劳德数及雷诺数对高速水流掺气的影响。研究结果表明:随着弗劳德数及雷诺数的增大,水流掺气效果增强,且同断面掺气浓度分别呈“C”形分布、“S”形分布及“一”字分布;将测量断面相对位置与断面掺气浓度分布规律对比得出,挟气区、耗散区、均匀掺气区的相对位置分别为0~1,1~1.5及1.5以后;水流底部掺气浓度沿程逐渐减小,平均掺气浓度沿程先增大后减小,且水流底部掺气浓度随着弗劳德数及雷诺数的增大而逐渐增大,平均掺气浓度随着弗劳德数的增大及雷诺数的减小而逐渐增大;还研究总结了空腔负压、通风井底部、空腔末端附近及水流脉动压强的优势频率范围,分析了空腔长度、保护长度、气水比及空腔负压指数与弗劳德数的变化关系。