平原区水闸闸下消能防冲与闸门控制运行

针对平原区水闸闸下消能防冲与闸门控制运行的特点,基于水力学理论分析,导出了消力池最大深度的计算公式。以沙颍河郑埠口水利枢纽工程为例,确定消力池的设计方案。根据消能防冲应满足的水流条件,由系列模型试验资料绘制了闸门控制运行曲线图,继而依据该图制定了满足消能防冲要求的闸门控制运行方式。应用结果表明,采用该消力池方案设计并按此闸门控制方式运行,能很好地满足消能防冲要求。

管渠结合一维非恒定流数值模拟研究

从一维明渠及有压管非恒定流连续性方程和运动方程出发,详细论述了管渠结合中各类边界条件的处理方法,并给出了采用特征线法数值模拟过程中具体的计算公式。结合南水北调中线工程某渠段实例,对运行过程中上下游闸门同时关闭工况下下游闸前水深的变化情况进行了模拟。

渠道衬砌排水减压系统计算方法研究

衬砌渠道运用排水系统进行减压时,纵向集水暗管、横向连通管及逆止式排水阀构成排水管网,管网各管段具有变流量的特点,可用有限单元法进行排水减压计算。当渠基为弱渗透性的重粉质壤土时,排水粗沙层可简化为一维渗流场,粗沙层的厚度起控制作用。渠堤渠基渗流场可按二维渗流场处理,二维渗流场计算与排水管网计算通过纵向集水暗管剖面进行耦合,经对渠内无水稳定渗流及渠内正常水位非稳定渗流两种控制工况进行计算后,即可进行渠道衬砌排水减压系统的设计。

水力学伯努利方程实验仿真研究

伯努利方程是水力学中最重要且常用的方程之一,它描述了恒定流时流体运动中各种能量之间的相互转换关系和规律.伯努利方程实验是学习和掌握该方程物理意义不可缺少的手段.通过总水头线和测压管水头线可以清晰地表现出水流运动中的各种能量转换关系,用计算机编程进行仿真可以直观方便地再现主要实验现象.程序设计为可视化窗口界面,以命令按钮、菜单为主要控制元件,绘出实验装置,动态演示水流运动,对所得数据进行了相关处理并绘出水头线,同时配有实验说明等.仿真操作方法和步骤以真实实验流程为蓝本实现全过程,此为该项实验预备及课堂教学提供了基本条件.

二维平面流动的定解问题研究

从定常二维平面流动的流函数涡量型N-S方程出发,从理论上推导出一种不同于通常提法的二维平面流动的定解提法.为解决此类流动的多解性问题奠定了理论基础.同时,讨论了明渠突扩流动和圆管突扩流动中存在的不止一个对称解问题,并就此问题未被重视的原因进行了初步分析.

黄河合理整治宽度研究的理论思考

水流及泥沙输运都遵循通用对流扩散微分方程。现有的研究表明,平面二维对称及非对称突扩层流运动存在多解性,圆柱及方柱绕流也存在多解性。河道沿深平均平面二维水流及泥沙输运微分方程亦应存在多解性。对此类问题理论分析、数值模拟乃至物理模拟都应该在对应的边界条件下及计算长度内进行。该边界条件及计算长度与多解性相适应,和通常的对应于唯一解的情形不同。据此分析可得出不同来水来沙条件下所对应的河道合理整治宽度。这为黄河在此方面的研究从理论上提供了新思路。

管渠结合系统非恒定流数值模拟及理论分析

管渠结合系统非正常运行工况闸门突然关闭时,最大壅水高度的计算对渠堤及闸门的设计具有重要意义。上下游闸门同时关闭时,管渠结合系统最大壅水高度值存在直接水位波动和间接水位波动两种类型,并有其判别方法。有压管相对较长时,明渠和有压管段均可划分成微段联合计算,全面阐述了这种情况下用特征线法数值模拟时内边界条件的处理方法。经系列计算检验,说明该方法是合理、有效的。

二维浅水流动数学模型的多解性评价

二维浅水流动的多解性现象经常呈现于实际工程中.数值模拟业已成为二维浅水流动分析的主要手段.所采用的控制方程也必须能正确反映水流运动在该方面的本质.与零方程模型相应的含紊动粘性项二维浅水方程组具有多解性;无对流项和紊动粘性项的二维浅水方程组解具有唯一性;有对流项而无紊动粘性项的二维浅水方程组只有离散时引入人工粘性项解才是有限的;与双方程模型相应的含紊动粘性项二维浅水方程组具有多解性也是必然的.

论流动的恒定性与非恒定性

恒定流与非恒定流是流动现象的最基本分类形式之一.非恒定流是实际存在的,是绝对的.恒定流是理想化的,是相对的.通常重视的是由于主动原因导致的流动整体非恒定性,运动要素整体上随时间变化在允许幅度内可以近似作为恒定流处理.往往被忽略的是由于被动原因导致的流动局部非恒定性,运动要素随时间明显变化的空间在允许范围内可以近似作为恒定流处理;否则则呈现为周期的或不规则的非恒定流.流动局部非恒定性是由流动实质所决定的,可由它所遵循的控制方程在相应局部边界条件下进行分析.现有一些流动的计算示例和工程实例就是该种类型非恒定流存在的佐证.

论流动的对称性及其相关的恒定性

通过对非线性代数方程导致流动的非对称性、非线性偏微分方程导致流动的非对称性、流动的恒定性及其对对称性的影响的论述,指出:对平面二维对称几何边界单一的流动,即仅有一个进口断面和一个出口断面的流动,进口断面流动的对称性并不能决定出口断面流动的对称性,亦即整个流场流动的对称性.

论水流运动的不确定性

所有的自然现象都具有不确定性,水流运动也不例外,皆源于其遵循的非线性。非恒定流问题的解对初边值条件的敏感依赖性、恒定流问题的多解性便构成了水流运动的不确定性。非恒定流是绝对的,恒定流是相对的;水流运动初边值条件的变化是不可避免的;度量误差不可能完全消除;恒定流也存在着局部非恒定性;恒定流解的性质与误差水平有关;误差水平不同,恒定流解的个数甚至解的唯一性会发生变化;实际水流运动是恒定与非恒定、确定与不确定不同程度的有机综合体;现有理论分析、物理试验和数值试验、原型观测等均显现了水流运动不确定性的存在,大数据研究方法也不能例外;有必要对水流运动不确定性理论进行明晰、深入和完善,并以此为指导进行研究,为实际工程决策提供科学依据。

渠道上下游闸门同时关闭壅水高度计算公式

调水工程渠道非常工况运行时,上下游闸门突然关闭,将导致水面产生波动。用质量守恒原理及动量定理推导了下游闸前最大壅水高度计算公式。该公式与数值模拟计算结果符合很好。

明渠流水击现象基本理论探讨

从一维明渠非恒定流基本方程组出发,采用特征线法进行数值离散,探讨了明渠流水击现象的基本理论。以南水北调中线工程总干渠某段明渠为例,计算分析了设计流量和加大流量下进、出口节制闸同时关闭时的水位最大壅高值。指出:明渠流中亦存在水击现象,这种水击可划分为直接水击和间接水击,水击的出现类型与断面水力要素及渠长有关。

VB在水力学教学中的应用研究

水力学是水利水电工程本科专业的一门重要技术基础课。水力学问题计算时,常遇到非线性代数方程式,或者若干个非线性代数方程式相互隐含变量,不能直接求解。水力学分析问题采用的是一元流理论,然而实际工程问题大多属于二元流甚至三元流。要精确地分析这些水力学复杂问题，必须从其控制微分方程出发。三类偏微分方程在水力学问题中都有典型的例子。

工程计算中拉格朗日插值的误差评价

工程计算中,许多系数都是由物理实验得出的。这些系数取值时,需要进行插值。严格来讲,插值公式形式应该取决于物理量之间的内在联系,由理论分析确定。尚不能用理论分析手段确定其具体形式时,拉格朗日插值多项式是常用的插值形式。与此相关,仍不时存在着插值多项式次数愈高精度愈高的误区。由于物理实验数据本身不可避免存在误差,这些误差也是随插值次数的升高而增大。插值多项式的次数应该是适度的。当物理实验数据足够充分时,分段线性插值应该是首选的插值形式。当插值多项式有其他特殊要求时,如一阶或二阶导数连续等,则采用相应的更高一阶多项式形式。科学评价拉格朗日插值多项式的误差,对提高相关工程计算精度有着重要的意义。

湍流研究的哲学思考

湍流问题曾被称为“经典物理学最后的疑团”。在流体力学中，湍流的研究一直是个“老大难”问题。说它“老”，是因为这一问题已研究了近100年；说它“大”，是因为湍流是最普遍的流动，是流体力学中最重大的问题；说它“难”，是因为虽然已经过近百年无数名家的研究，但至今都还没有解决问题。有不少文献指出：湍流问题首先是一个哲学问题。

一个简洁的圣维南方程组推导过程

圣维南方程组是明渠非恒定渐变流基本微分方程组。它是由连续性微分方程式和运动(能量)微分方程式所构成。由于渐变流又是非恒定流,运动要素既随流程变化也随时间变化,推导连续性微分方程式时只考虑一阶微量项,直接忽略二阶微量项。明渠流是水位变化产生的重力流。运动(能量)微分方程式推导时,把水位看成是由底部高程和水深所构成,两者独立分析,分别得出重力和压力对流动的影响。这样的推导过程简洁明了且概念清楚,易于教学。

高等教育管理若干问题及对策研究

高等教育是国民经济发展的重要基础。其管理工作是一项系统工程。要促进优势学科和薄弱学科均衡发展;激励政策要兼顾基础学科和专业学科各自的特点;坚持以教学为中心、科研和开发为教学服务的理念;充分发挥不同层次教师工作的积极性;加强学生诚信和教师敬业的社会主义核心价值观教育,全面提升师生素养;学生要自强自立、尊师爱友、勤学好问,有崇高的集体主义精神,积极支持班干部工作,遵章守纪。只有扎实做好这些环节的工作,才能促进高等教育可持续地健康发展。

研究生素质教育与《计算水力学》课程教学

研究生综合素质的提高是其培养阶段的一项最基本指标。素质教育融于研究生培养的全过程,课程教学是其需要关注的重要环节。在水力学及河流动力学及其相近学科研究生培养计划中,计算水力学是一门专业必修课。它的课程教学是提高研究生综合素质的有效途径。通过学习可以使我们培养出持之以恒的心理,认识世界是有次序的习惯,了解有时问题可以先搁置起来的方法,体会到个人利益要服从集体利益的重要性,理论要符合实际的做事原则,矛盾是可以相互转化的、世界是发展的等辩证思维。

堰闸出流淹没系数可信度评价

堰流和闸孔出流是水利枢纽常见的两种泄流方式。其出流形式分为自由出流和淹没出流两类。淹没出流时需要用淹没系数对流量计算公式进行修正。堰闸泄水建筑物下游通常都存在水跃,淹没出流时下游肯定是淹没式水跃衔接。淹没水跃由于与完整水跃相比消能不充分,水面波动也明显增强。在实验确定淹没系数时,水位等的测量精度决定了其可信度。分析表明,在大淹没度情况下,要得到有价值的淹没系数,实测值误差必须满足非常苛刻的要求。反之,在测量精度一定的条件下,欲使对淹没系数的研究有价值,必须预先进行可行性评估。这为该方面研究提供了基本的评价方法。在泄水建筑物水力计算中,也可作为确定其采信程度的依据。