水库浑水异重流潜入点判别条件

泥沙淤积是影响多沙河流水库寿命的一大难题,而异重流排沙是减少库区淤积的重要措施之一。异重流的潜入现象是异重流开始形成的直观标志,研究异重流潜入条件的判别方法有助于掌握异重流在库区内的演进规律。总结了水库异重流潜入条件的定性描述及定量计算方法,指出已有的潜入点判别公式的优缺点及适用范围,改进了描述异重流运动的动量方程,同时分析了异重流流速与含沙量沿垂线不均匀分布对动量传递的影响;在此基础上提出新的异重流潜入条件判别式,并用多组室内及野外实测资料对该判别条件进行率定与验证。分析结果表明,新的计算公式可用于判别小浪底库区异重流的潜入条件。

基于组分输运模型和RNG k-ε模型的浑水异重流数学模型研究及其应用

基于组分质量守恒理论,将浑水异重流的运动过程看成是含沙浑水中的泥沙这一组分在水体中的传输过程,建立组分方程,与考虑了平均流动中的旋流流动情况的RNGk-ε方程组进行耦合求解,利用目前广泛使用的商用FLUENT软件进行数学模型计算,并采用室内模型试验进行论证。结果表明:该数学模型可以有效模拟浑水异重流的潜入和前锋运动过程,为深入研究水库、湖泊及河流入海口浑水异重流问题提供了新的途径。借助此模型模拟了水库内汛期浑水异重流运动情况。

水库浑水异重流的两相流模型适用性研究

目前运用两相流理论和数学模型研究挟沙水流问题是一个重要研究方向。涉及到两相流模型有双流体模型和混合模型。考虑到方程组的封闭性,双流体模型的相间作用力往往只考虑黏性阻力。本文用双流体模型和混合代数滑移模型(MASM)对浑水异重流进行立面二维数值模拟,并将模拟结果和水槽实测値相比较,发现两种模型对异重流形态、泥沙浓度分布的模拟结果差异不大,MASM模拟得到的异重流运动速度与实测值更接近。因此,MASM更适宜浑水异重流的数值模拟。

紊流浑水异重流交混区的阻力系数的研究

为进一步研究紊流浑水异重流交混区阻力规律,并简化该阻力计算方法,通过对紊流浑水异重流交混区上下两部分流速分布的研究,提出了最大流速点以上流速分布修正公式及适合高含沙水流的最大流速点以下流速分布公式。在此基础上对紊流浑水异重流交混区阻力系数进行了探讨,推导出了水库紊流异重流交界面阻力系数公式,并对其进行了讨论,论证了公式的合理性。并利用天然实测资料和实验室异重流试验数据对公式进行了验证,结果表明:推导出的异重流交界面阻力系数计算方法可以较好地模拟异重流交界面阻力变化规律。

浑水异重流槽宽突变时的局部掺混

本文利用浑水异重流水槽实验,改变不同收缩段和扩宽段的槽宽比,研究异重流流经槽宽突然收缩和突然扩宽时的流动特性,观察了槽宽突变断面上下游的流态,以及局部掺混情况,同时测读有关水沙因子。在不考虑沿程掺混因子的情形下,进行理论分析,求得浑水异重流流经突变断面时,上下游水力的泥沙诸因子与局部掺混系数的关系式。根据实测数据建立上下游槽宽比(扩宽与收缩)与局部掺混系数的经验关系式。利用上述诸公式,可计算求得异重流在槽宽突变时,掺混系数的变化和下游断面的水沙值。

潮汐条件下浑水异重流研究进展

浑水异重流是泥沙运动的一种形式,对水库和港池航道等泥沙淤积具有重要影响。许多专家学者都对浑水异重流进行了深入全面的研究,尤其是关于水库浑水异重流运动规律的研究,取得了丰富的成果。但是,这些研究成果大多是基于稳定流条件得出的,而对于潮汐条件下浑水异重流的研究非常少。本文分别对稳定流和潮汐条件下异重流的研究进展和研究方法进行了分析、归纳和总结,并指出了研究工作中的不足和今后需进一步研究的方向。

浑水异重流与沉淀设备选型

浑水异重流是沉淀设备中水流的基本特征,不仅存在于高浊度水沉淀池中,也存在于一般浊度水的沉淀设备中.不同型式的沉淀设备,对浑水异重流的适应性不同.平流沉淀池由池末端表面集水,能较好地适应浑水异重流的特性,其中上向流斜板(斜管)沉淀设备对浑水异重流的适应性最好,其次是平向流斜板,下向流斜板适应性最差.

浑水异重流孔口出流泄沙规律

对垂直壁孔口和底孔出流的室内试验资料,以及三门峡水库、官厅水库的现场异重流孔口泄沙资料进行分析,得到出流含沙量与孔口高度和泄出层厚度的经验关系曲线。此关系曲线可用于估算在一定条件(孔口流量、异重流含沙量、孔口高度)下的出口含沙量。最后分析了孔口距底高度对浑水异重流孔口出流的影响,提出设计多沙河流上水库浑水异重流孔口泄沙的孔口位置时应注意的要点。

浑水异重流两相流模型的比较研究

运用双流体模型(Euler Model)和相间相对速度建立在代数滑移模型基础上的混合模型(MASM),对水槽浑水异重流进行数值计算。将计算结果和实测值比较,发现Euler Model和MASM模型均能较准确地描述异重流动,但在计算得到异重流头部厚度值时,二者存在差别。依据颗粒运动规律分析,Euler Model过度强调颗粒跟随性,使得颗粒沉降速度偏大,头部厚度值偏小,MASM考虑了界面附近颗粒的扩散,与实际情况更吻合;因此,MASM更适宜浑水异重流的数值模拟。

金沙江下游溪洛渡与向家坝水库浑水异重流研究

金沙江是长江的主要产沙区,其泥沙主要产生在下游雅砻江汇口至屏山区间。溪洛渡与向家坝水库是金沙江下游重要的巨型水库,水库蓄水后可能形成异重流。为通过调度手段利用异重流排沙,有必要对两水库的异重流运动规律进行研究。采用水沙两相流ASM模型,对两水库不同调度方式下的异重流产生条件进行模拟和预测,探讨了异重流前锋运动规律。研究表明:溪洛渡与向家坝水库在正常蓄水位发电运行条件下均难以形成稳定运动的异重流,而在汛期运行时,一定的流量范围内,当入库浑水含沙量突增1.0 kg/m3以上时,会形成异重流,异重流的前锋运动速度与含沙量线性相关,与河床比降无明显关联,该结论对异重流调度的决策有一定的支持作用。

浊度型清浑水交界面识别方法及其在水库异重流观测中的应用

针对传统异重流观测方法不利于对异重流进行实时追踪的问题，基于浊度型清浑水交界面的概念，提出浊度型清浑水交界面识别方法，并将其应用于紫坪铺水库汛期浑水异重流观测。该方法利用浊度值突变能判定异重流交界面位置，利用浊度型清浑水交界面描述异重流前锋厚度和浓度外边界线，并将异重流交界面位置确定在1．2～3．5m厚的水层内，同时还分析了地形变化对异重流运动规律的影响。异重流原型观测结果表明，浊度型清浑水交界面识别方法可以作为水库汛期监测异重流的有效手段。

伴有局部掺混的异重流水跃

为了分析伴有局部水体掺混的异重流内部水跃上下游水力因子之间的关系,本文利用动量方程和连续方程推导了包含上下层流体之间水量掺混的内部水跃的理论表达式,并用水槽试验对该理论公式进行了验证。结果表明无论对稳定内部水跃还是移动内部水跃计算所得的水量掺混系数均比试验值约小10%,初步验证了本文所提出的理论计算方法。

小浪底水库人工塑造异重流成因分析

分析了2004—2009年6次基于万家寨、三门峡、小浪底3座水库联合调度人工塑造异重流的运行情况。指出人工塑造的异重流由冲刷性异重流和浑水异重流两部分组成,异重流在小浪底库区演进过程中既有沉积衰减,也存在沿程积聚现象,沉积衰减和沿程积聚的综合作用,决定排沙效果。小浪底水库前期淤积情况和三门峡水库泄放水沙时空分布,决定异重流在前坡段的沿程积聚程度,小浪底水库对接水位高低与沉积衰减和沿程积聚成正比。建议加强异重流观测研究、增大上游来水基流、三门峡水库汛期适当拦蓄一定沙量、合理确定调控指标等,以提高人工塑造异重流排沙效果。

白云水库的‘异重流’现象

白云水库出现浑水异重流现象在以发电为主的南方少泥沙河流上的大型水库中比较少见,文章比较详细地分析了水库产生异重流现象的原因,认为异重流现象的发生,与汛期的降雨强度、历时及降雨时水库的运行水位、发电隧洞调取水口高程有关,是挟沙水流的一种特殊运动形式。

拟焦沙模拟低含沙量异重流运动初步分析

低含沙量异重流带来大量细颗粒浑水,由于颗粒沉速极小,在山区、高原地区的引调水、水环境、水处理等方面带来难以估量的困难,引起了社会和设计部门重视。以金沙江支流牛栏江上德泽水库回水变动区上下游河段为原型,利用概化水槽试验研究拟焦沙模拟低含沙量异重流形成与运动,探究低含沙浑水异重流运行时头部流速及含沙量沿程变化特征。结果表明:头部流速及含沙量沿程逐渐减小;相同流量不同含沙量所形成的中层、底层异重流头部流速,含沙量越大,同一位置头部流速越大;相同流量和含沙量所形成的表层、中层、底层异重流头部流速,表层异重流头部流速最大,底层异重流次之,中层异重流最小。

低含沙量异重流运动规律及其对水温分布的影响

当挟沙水流进入清水时,在特定的条件下会潜入底部向前运动,形成浑水异重流。水库水温分层使得水体密度在垂向出现差异,低含沙量浑水形成的异重流与周围水体密度接近,因而在运动过程中会受到垂向温度分层的干扰。浑水异重流是泥沙运动的特殊形式,还可能改变环境水体的温度,是水库调水调沙必须考虑的因素。该文应用水槽试验结合数值模拟,探究了水温分层条件下低含沙量异重流的运动规律及其对水温分布的影响。结果表明,异重流潜入点处形成回流,交界面以下含沙量以均匀梯度增加,前锋运动速度沿程不变;中层异重流不改变水温分布,而底层异重流则会对水温结构造成破坏,使得水温分布由分层型转变为混合型。