明渠交汇口三维水力特性试验研究

支流汇入主流后,在交汇口下游附近形成复杂的流动现象,对于确定渠道有效过流断面、泥沙及含有物质输移及淤积、渠底及边壁冲刷等产生重要影响。本文目的在于采用试验手段探索干支渠交汇口的三维流动结构。在一个矩形断面且等宽、45°交汇的半封闭自循环水槽中,应用五孔毕托球对明渠交汇口三维流动特性进行了试验研究。试验结果表明,对于给定交汇口形状及尺寸,分离区形状基本保持不变,尺寸随主支渠流量比变化并具有较好的相关关系;在和主渠轴线正交的横断面上交汇水流存在横向分速,水面附近横向分速指向交汇口对侧固壁,临底附近横向分速指向交汇口一侧。对于流量比较大的汇流流动,断面环流是交汇口水流三维流动的一个重要特征。

交汇水流三维数值模型

应用显式代数应力模型建立了交汇水流三维数值模型。方程离散采用交错网格上的有限体积法,并采用SIMPLE算法求解,代数方程求解采用TDMA逐行扫描法。针对交汇口几何特征分区进行网格划分,自由水面求解采用VOF方法。应用实测资料对计算结果进行了验证,同时与应用k-ε紊流模型的三维数值计算结果进行了比较。研究结果表明,文中所提出的数值模型可以更好地模拟交汇水流独特的三维流动特性。

山区宽窄相间河道渐扩渐缩局部区域水流运动特性试验研究

河宽渐变是天然河道的普遍形态特征。基于室内概化试验,采用声学多普勒流速仪(ADV)测试分析了宽窄相间河道渐扩渐缩局部区域水流运动特性。试验表明:河宽变化影响着水流运动特征,随着河道渐扩与渐缩的变化,水位呈现逐渐增加与降低,渐扩区域时均流速、断面环流中上部流速逐渐减少,而渐缩区域呈现相反的趋势。渐扩与渐缩断面,断面环流呈现不同的演化趋势。此外,宽窄相间不同水深区域均出现水流分离区,渐缩区域受壅水影响,流速分布趋于均匀化。