荆江重点浅滩现状整治的二维动床数学模型研究——模型的建立

本文针对荆江河道边界形状复杂、长宽相差悬殊及水沙具有明显的二维特征,建立了正交曲线坐标系下河道二维动床数学模型。给出了正交曲线坐标系下二维动床数学模型的控制方程、控制方程的高散及数值解法、边界条件及动边界技术。细致地模拟了荆江卵石夹沙河床及沙质河床浅滩河段的水面线、流速场、含沙量浓度场及河床变形,计算的水位、流速分布及河床变形与实测资料吻合很好。

二维动床泥沙数学模型在“单向冲刷”江道中的应用——以曹娥江为例

2008年底曹娥江河口大闸建成并开始试运行,大闸的兴建阻挡了钱塘江潮流的上朔.平时大闸关闸挡潮,阻挡外海泥沙进入上游江道;洪水期开闸放水,逐步带出建闸前淤积在河床上的泥沙.闸上江道的冲淤特性由建闸前的"洪冲枯淤"转变为建闸后的"单向冲刷",泥沙运动规律的改变将会加剧水流对两岸防洪堤的冲刷,也会对沿江涉水工程(如跨江大桥)的安全造成不同程度的影响.应用二维动床泥沙数学模型,考虑曹娥江大闸调度原则,并按水文年(1962～2005年)重演方式,对建闸后闸上江道冲淤演变情况进行了长系列反演计算,同时对堤防可能的险工险段及河床最大冲深进行了预测,可供相关部门和单位在工程设计、施工过程中参考使用.

二维喷动床颗粒流动的脉动特性实验研究

二维喷动床横截面为152mm×15mm,锥角为60°,喷口宽度为9mm,实验物料为平均粒径2．0mm的玻璃珠。床体的颗粒流动表现出整体的喷动周期性,属于不连贯喷动流型。本文基于PIV处理颗粒流动图像获得了颗粒流动的瞬时速度;基于功率谱密度分布对瞬时速度的分析结果表明,喷射区轴线的中下部颗粒存在较强的速度脉动,环隙区颗粒速度脉动较弱;研究发现喷动周期与床体压力脉动周期基本一致。

二维导流管喷动床的流动特征

带导流管的二维喷动床(2-DSBDP)是传统喷动床的改进型式，矩形床内设置的与床同厚的垂直导流管可以控制固体颗粒的循环速率, 同时使下行区中的气固移动床维持平推流. 本文实验测定了不同表观气速、床层高度、固体颗粒与气体入口尺寸时, 二维导流管喷动床的床压降及相应的空隙率，藉以阐述2-DSBDP的流动特征.

潮汐河口动床洪水的数值模拟

潮汐河口洪水水位受流域来水和海域潮汐双重作用,动力机制复杂,在特大洪水作用下,河口床面边界还将发生显著变形,造成水面相应明显升降,以致用定床模型预报洪水位误差很大。本文以钱塘江河口为例,采用Delft3D数学模型对潮汐河口洪水水位进行二维数值模拟试验。在定床和动床模型均取得良好验证的基础上,进一步预报洪水过程,发现定床模型可产生近1m的计算误差;而动床模型则能比较精确地计算整个洪水过程的水位,最大误差不超过0.08m。因而预测冲淤幅度较大的潮汐河口的洪水水位最好采用动床数学模型。论文还就洪水位的空间分布探讨弯道水面横比降随洪水流量的变化。

喷动床最小喷动速度的计算颗粒流体力学数值模拟

为了进一步研究喷动床的操作参数和结构参数对最小喷动速度Ums的影响,以及建立最小喷动速度的预测关联式,课题组建立了二维喷动床数理模型,床的高度为800 mm、宽度为200 mm和厚度为20 mm,喷动气入口底部是夹角为60°的V形结构。采用计算颗粒流体力学(CPFD)方法模拟计算了5种颗粒在3种喷口宽度和在不同静止床高时最小喷动速度变化情况。结果表明:喷动床的结构参数和操作参数对最小喷动速度有着极大的影响,最小喷动速度随着静止床高和颗粒粒径增大而增大,而随着喷口宽度的增大而减小;综合所有数据进行多因素影响回归,得到了新的最小喷动速度预测关联式。研究结果对于喷动床实际操作条件的确定和工艺设计提供了借鉴。