The coupling between hydrodynamic and purification efficiencies of ecological porous spur-dike in field drainage ditch

In this study, a series of ecological porous spur-dikes are arranged in an experiment channel to simulate a real field drainage ditch. The inside and outside flow fields of spur-dikes are determined by numerical simulations and experimental methods. An Ammonia-Nitrogen（NH3-N） degradation evaluation model is built to calculate the pollution removal rate by coupling with the inner flow field of the porous spur-dikes. The variations of the total pollutant removal rate in the channel are discussed in terms of different porosities and gap distances between spur-dikes and inlet flow velocities. It is indicated that a reasonable parameter matching of the porosity and the gap distance with the flow velocity of the ditch can bring about a satisfactory purification efficiency with a small delivery quantity of ecological porous materials.

长江口北槽丁坝坝田区潮流及污染物迁移扩散特征

为研究长江口深水航道北槽坝田水流结构,基于非结构网格FVM法,建立了长江口大范围二维潮流水质耦合数学模型,在数学模型验证良好的基础上,对北槽涨落潮水流结构及坝田污染物扩散进行了研究。结果表明,北槽中上段北坝田高潮位明显高于主槽,北槽下段,高潮位与主槽相近;南坝田高潮位大都高于主槽,南北坝田低潮位与主槽相近;坝田污染物落潮时释放扩散速度较快,南侧坝田污染物扩散速度比北坝田快,大潮坝田污染物扩散速度比小潮快,坝田外部污染物扩散速度比坝田内部快;坝田释放污染源后,污染物随涨落潮流在坝田与主槽内运动,短时间内污染物进入航道的量较少。

绕流丁坝附近流场数值分析

丁坝(群)附近的局部流场变化是引起丁坝局部冲刷的根本原因。为认清丁坝附近的流场分布规律,运用二维水深平均k-ε紊流模型,采用有限元的方法对控制方程进行离散,通过计算得到了不同工况下绕流丁坝附近流场的分布。结果表明,丁坝回流区长度随着坝长的增加而增加;直角坝头丁坝比圆形坝头丁坝具有更强的扰流作用;丁坝群对水流扰动作用不及单丁坝。这些结论对丁坝的防护设计和施工工艺具有一定的理论和实践指导意义。

丁坝防护沿河公路路基的合理形式分析

不同类型的丁坝对沿河公路路基的防护效果不同.应用大型流场分析软件FLUENT,采用现代三维运动界面追踪技术VOF(volume of fluid)方法和标准k-ε模型耦合求解,对三种不同类型丁坝的绕流流场进行了分析比较,指出漫水丁坝和透水丁坝是较为合理的丁坝形式,从而为丁坝的设计和建造提供了理论分析的基础.

丁坝与挡土墙配合防护沿河公路路基机理分析

山区沿河公路常由于弯道水流冲刷而发生水毁.为进一步认识丁坝和挡土墙配合这一沿河路基水毁防治方案的防护机理,采用现代三维运动界面追踪技术VOF(volume of fluid)方法和标准k—ε模型耦合求解,对圆心角为90°弯道中设置丁坝的三维流场进行了分析研究,指出丁坝和挡土墙配合防护沿河路基是通过改变弯道水流的流场结构,使水流偏离被防护的路基或将冲刷区变为淤积区,从而达到冲刷防护目的的.

淹没双丁坝间水流结构特性PIV试验

为探讨淹没双丁坝对坝间水流的影响,采用粒子图像测速(PIV)系统对坝间水平面流场进行了测量,并对坝间水流结构进行了分析。结果表明:丁坝间距与丁坝长度的比值d/B(B为定值)对坝间漩涡中心位置、坝间回流区及涡量分布有着显著影响;d/B越大,坝间"漩涡"中心越接近坝头线;坝间回流区宽度随d/B增大而增大,零速度线基本呈线性关系且其斜率随d/B增大而减小,同时回流区流速也随之发生很大变化;上游丁坝头附近出现最大负涡量而在下游丁坝头附近出现最大正涡量。

丁坝紊动特性试验研究

利用三维超声学多普勒流速仪对丁坝坝头附近水流和回流区水流的紊动特性进行了系统的观测和分析,得到了丁坝坝头和回流区的水流特性及紊动动能的分布规律。

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。

定床上丁坝流场数值模拟

建立了边界拟和曲线坐标变换下的平面二维变水深流函数-涡量数值模型。给出的坐标变换可用于三维;计算紊动扩散系数采用F分布,模型可用于变水深情况。用本文的模型,研究了单个丁坝与不同个数、不同形式的丁坝群产生的流速场与涡量场,给出涡量与漩涡回流范围。结果表明:计算得出的流函数、涡量、流速合乎规律;丁坝坝头处流速大,流速梯度即涡量也较大。本文方法较通常紊流模型及原参数解简便,为丁坝绕流数值模拟的一条新途径。

淹没丁坝坝后水流结构PIV试验研究

为揭示淹没丁坝坝后区域的水流特性,在实验室水槽中,采用平面二维粒子图像测速技术(2D-PIV),测量了光滑固定底床上单个丁坝在完全淹没条件下的坝后水平流场及垂向流场。通过分析测量获得了原始粒子图像和淹没丁坝坝后不同位置的平面二维时均速度场和涡量场,并耦合水平面流场与铅垂面流场结果,给出了丁坝坝后流场的部分三维特性。结果表明,淹没丁坝坝后存在明显的回流区,且在回流区内同时存在尺度大致相同的竖轴漩涡和横轴漩涡。

大系数法与壁函数结合在丁坝绕流三维数值模拟中的应用

采用三维紊流模型对实验室丁坝绕流进行了数值模拟,利用标准k-ε模型将大系数法与壁函数相结合处理丁坝边界.模拟结果表明,模型能有效地处理丁坝边界,较好地模拟了坝头分离流、丁坝后回流及回流区横断面上的二次流,计算值与实测值吻合较好.

丁坝流场及局部冲刷的数值模拟研究

为探索丁坝附近水流流场,揭示其局部冲刷机理,采用Flow-3d软件对非淹没单丁坝周围的流场及局部冲刷情况做了三维数值模拟。研究发现,形成丁坝坝头冲刷坑的主要因素是马蹄涡和下潜水流。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及相关河道整治工程的流场和冲刷计算。

长江口深水航道治理工程不同阶段北槽丁坝群坝田泥沙冲淤分析

根据长江口深水航道治理工程不同阶段的地形分析,定量分析不同工程阶段影响下北槽丁坝群坝田冲淤厚度以及地形变化。结果表明:在不同的工程阶段,北槽南北侧坝田冲淤差异受工程进度影响,总体呈逐年淤积趋势,南北侧坝田呈"洪季多淤、枯季少淤积"的状态,北侧坝田淤积厚度大于南侧。北槽主槽与坝田地形变化在2010年之前变化较大,2010年之后,主槽基本趋于稳定,变化较缓,坝田则持续淤积。

潮汐河口淹没丁坝群坝田淤积特征及成因分析

潮汐河口淹没丁坝群坝田水动力条件复杂多变,坝田复杂的水流结构决定了坝田内的泥沙淤积过程及淤积形态。以长江口北槽丁坝群形成坝田为例,分析坝田形成后淤积形态及淤积速率特征和规律。分析结果表明:随着时间推移,坝田内2 m等深线逐渐向距坝头0. 2倍坝长处靠近,5 m等深线逐渐向坝头处靠近;坝田的初始容积与冲淤平衡时的平衡容积呈对数关系;在丁坝间距为3～4倍坝长时,坝田内淤积分布最为均衡;坝田内淤积速率的拐点均出现在坝田形成后5～6 a。另外,从工程影响淤积丁坝布置参数方面探讨坝田内淤积特征的成因。

不同绕流结构体对河道水流的影响

分别采用一维方形丁坝、二维梯形丁坝和三维堆积体概化模型,在同一水流条件下进行水槽试验,研究不同维度绕流结构体对河道水面线和三维时均流速的影响。试验结果表明:(1)在进占宽度比完全相同的情况下,梯形丁坝由于存在第一回流区,导致实际阻流面积最大,对上游阻流最强烈,方形丁坝次之,堆积体最小;(2)当阻流面积比(阻流流量比)相同时,方形丁坝在断面束窄河段的纵向流速加速能力比梯形丁坝强,水流横向偏转的幅度也更大,但梯形丁坝垂向流速比方形丁坝更大一些;(3)当沿水流方向长度相同时,堆积体由于最大截面面积较小,纵向、横向和垂向流速均小于丁坝。由此可见,常用于区分绕流结构体阻流特性的指标,如进占宽度比、阻流面积比和阻流流量比等,并不能全面表达结构体对流场的影响。

丁坝坝头冲坑三维流场分析

运用Vectrino流速仪,对丁坝坝头附近三维流速进行了测量,详尽分析了坝头冲坑的形成机理。通过采用定床模型与动床模型相比较的方法,分析坝头附近三维流场的不同,得到了坝头冲坑形成的过程和冲刷的原理。结果表明,形成坝头局部冲坑的根本原因是由于底部流速的增加和主流断面收缩而导致流量集中所造成,不断产生的漩涡向下游扩散并卷起坝头附近槽底泥沙随水流而被挟带到坝后,加速了冲坑的形成。

双丁坝间流场及局部冲刷的数值模拟研究

因双丁坝对河道流场及泥沙冲淤的影响有别于单丁坝,选取实际河道丁坝群中的双丁坝建立三维模型,并拟定5种对比方案,基于计算流体力学(CFD)数值模拟的方法,采用RNG k-ε模型和VOF法捕捉液体自由面进行模拟计算,对比分析了双丁坝协同工作时的水沙运动特性。流速与冲刷深度计算结果表明,当双丁坝长度相差大于10 m时,易形成不均匀的河道流场,不利于河势控制;当首、次丁坝长度协调时,冲刷坑尺寸较小,坝间河岸被双丁坝回流区掩护,近岸流速较小,河道流场均匀,对丁坝稳定、河道治理与河势控制效果较好。

丁坝紊动场及其工程意义

丁坝诱发的紊动场水流明显不同于一般水流，大尺度涡发展剧烈并存在一强冲刷带，制约着丁坝水流分区和回流问题研究，坝头涡的近距效应受坝头几何型体的影响，表现为两种不同的冲坑型态，对坝头结构、丁坝回流和坝距确定的研究产生重要影响。

FVCOM模型在潜堤附近水流运动模拟中的应用

采用FVCOM中的导堤—丁坝模块,对上挑形淹没丁坝附近的水流进行数值模拟,并与已有物理模型试验观测到的自由水面线和流速分布资料进行了比较。结果表明,FVCOM模型模拟结果与试验结果有较好的一致性,模型能够合理描述潜堤顶部过水现象,反映潜堤附近三维环流特征。

山区型河道治理中丁坝建设的影响分析

弯道水流是渠道和河道中常见的一种水流运动现象。山区型河道由于河道纵比降较大,洪峰陡起陡落,弯道水流流速较大,水流流态也较平原区弯道复杂。本文以苏子河羊祭台险工为例采用二维数学模型模拟丁坝建设前后弯道处及其上下游水流流速及流场变化,借以定性分析丁坝建设对山区型河道险工治理以及河道岸坡生态恢复的积极作用。