二维矩形水槽晃荡过程的SPH方法模拟

新型LNG船的液仓内液体晃荡涉及非线性自由表面大变形运动。针对容器的运动所激发的内部流体的强迫晃荡问题,该文运用光滑质点水动力学(SPH)方法对二维矩形水槽的纵荡过程和纵摇过程进行了数值模拟。纵荡过程中边界处的自由液面高度的时间历程曲线与前人的结果相比符合较好,结果还显示了当激励频率接近容器一阶固有频率时出现了对容器上边界的砰击和自由水面的破碎现象,并分析了砰击作用对计算的影响;同时考虑纵荡和纵摇激励时,模拟表明当相位相同时波面的运动幅度最小,而相位差为180度时波面的运动幅度最大,并且其综合效果是非线性的。

矩形水槽中梯形边墩周围流速分布的试验研究

该文利用声学多普勒流速仪ADV,对矩形水槽中梯形边墩周围三维流速进行测量,并对时均流速三个方向分量进行了研究。通过对柱体周围不同垂直面和水平面流速的分析,得出水流由于受到边墩的影响,在柱体上游,行近水流与壁面产生分离,并有涡旋产生。在柱体下游,纵向水流逆向运动,产生回流,横向流速和垂向流速非常小,可以忽略。

矩形水槽在任意地面运动激励下的响应

论证了矩形水槽湿模态的正交关系，利用湿模态展开方法，计算和分析了任意地面运动激励下的瞬态响应．并实现了广义坐标的解耦，从而将整个弹性耦合系统化为求解一个自由度问题．

矩形水槽中半圆柱形边墩周围水流紊动强度的研究

以矩形水槽试验为基础,利用先进的声学多普勒测速仪(ADV)对该试验条件下半圆柱形边墩周围水流紊动特性进行系统的研究分析,并全面测量了边墩周围水流的三维紊动强度。根据试验数据,探讨了水流的紊动机理,同时对半圆柱形边墩周围水流纵向、横向及垂向的紊动强度分布特点进行了比较。结果表明:垂向紊动强度沿水深变化较小,基本接近一常值;纵、横向紊动强度相对强于垂向紊动强度,说明边墩周围水流的紊动是各项异性的。

矩形水槽中梯形边墩水流紊动特性试验研究

采用声学多普勒流速仪ADV,对矩形水槽中梯形边墩周围水流紊动特性进行系统的试验研究,并对紊动强度3个方向分量进行了较深入的分析。根据试验数据,通过对柱体周围不同垂直面上紊动强度的分析对比,得出行进水流受到边墩的影响程度,在柱体上游,受到柱体挤压,紊动强烈;在柱体下游,水流从柱体分离,形成逆向回流,紊动强度增大,垂向紊动强度很小,可以忽略。实验可为研究水流紊动结构及桥梁梯形边墩的紊动特性提供验证资料。

矩形水槽污染带综合实验台研制及应用

为了满足环境工程专业教学要求，并考虑到教师、研究生做课题的需要，研制了矩形污染带综合测试装置并介绍了实验台组成、实验原理及实验实例。应用表明，该实验台具有操作简便、测试设备先进、教学效果显著等优点。

矩形水槽中的驻波问题

由矩形水槽里水的表面波理论导出了驻波方程,并定量研究了标准矩形游泳池中的驻波现象,计算结果与实际现象基本符合.

矩形无喉段量水槽水力特性数值模拟研究

利用Fluent软件,采用VOF法和k-ε紊流模型对矩形无吼段量水槽水力特征进行三维数值模拟,得到沿程水面线及其流速分布规律,并将模拟结果与实测结果以及公式计算结果进行对比验证,结果显示,模拟结果与二者的吻合度较好。在确定模拟准确性的前提下,对其水力特性进行分析,为矩形无喉段量水槽的设计和优化提供一定依据。

矩形量水槽试验研究

1 前言 西周时期已有引水灌溉记载,而灌溉用水精确计量收费却是近几十年的事情。水资源的短缺,迫使人们采取必要的节水措施。为了合理和节约农田灌溉用水,发展高效节水农业,从传统按亩收费向按量收费过渡,需要对干、支渠输送的流量,以及分配给用水单位的灌溉水量进行及时准确的计量。为了搞好农田用水计量,必须根据当地的具体情况,选择经济合理的流量测量方法。

基于SPH法的二维矩形液舱晃荡研究

液体晃荡是一种复杂的流体运动现象,自由液面的存在使得该现象具有很强的非线性和随机性。针对二维矩形液舱在不同振幅水平激励下的纵荡问题,应用SPH法对其进行了数值研究。首先计算了小振幅激励下的纵荡,计算结果分别与线性理论解、文献VOF法结果及文献SPH法结果作了比较分析,以验证所建数值模型的合理性;然后计算了液舱在大振幅水平激励下的纵荡,着重分析了不同振幅下液体晃荡的速度向量图、液面波动时程、压强波动时程、动量波动时程以及波动的频谱图,并将计算所得液面波动结果与小振幅激励下的液面波动结果作了比较。分析结果表明,在大振幅水平激励下,液面波动的波峰值较小振幅下的结果有较为明显的增大,而波谷值则无过大的变化,总体波动幅值比小振幅下的结果大;随着激励幅值的增大,液面波动幅值呈现明显增大的趋势,压强的整体波动幅值也呈增大趋势,动量波动的均值亦有明显增大;波动能量随着激励幅值的增大而增大并向第一阶频率区域集中。SPH法对处理液体大幅晃荡这种具有自由表面大变形的问题有十分优越的特性。

矩形槽中矩形边墩周围流速分布试验研究

利用声学多普勒流速仪,对矩形断面明渠中矩形边墩周围三维流速进行测量,并对时均流速3个方向分量进行了研究。通过对边墩周围不同垂直及水平面流速的分析表明:受柱体的影响,柱体上游行进水流与壁面产生分离,并有涡旋产生;柱体下游纵向水流逆向运动,产生回流,横向流速和垂向流速非常小,可以忽略不计。

太湖不同湖区底泥悬浮沉降规律研究及内源释放量估算

太湖是一个大型浅水湖泊,湖湾、沿岸及湖心等区域受地形影响,湖流结构及水土界面水力要素均有显著差异.针对目前对不同湖区底泥再悬浮规律差异性研究的缺失,本研究选取了3个具有代表性的点采集太湖底泥,采用矩形水槽开展底泥再悬浮模拟实验,并结合太湖二维水量水质模型及太湖全年实测数据,建立了不同湖区底泥再悬浮通量与风速之间的定量关系;通过室内静沉降实验,得到了静沉降通量与风速的相关关系;最后将底泥再悬浮实验结果参数化应用于太湖二维水量水质模型中,并对底泥悬浮沉降过程进行分解和概化,估算太湖全年内源释放量.结果表明:太湖每日的内源释放量受风速影响显著,和风速变化趋势较为接近,太湖全年进入水体的净底泥量有47.81×104t,夏季最大,冬季次之;就营养物质释放量而言,COD约为2.06×104t、总氮约为1149.05 t、总磷约为564.35 t,其中秋季营养物质释放量最小,夏季最大.

太湖底泥沉积物释放规律研究

为探索浅水湖泊水动力扰动作用对底泥再悬浮影响的规律,通过矩形水槽试验模拟了太湖不同流速下的沉积物释放,并结合太湖悬浮物模型进行推算,获得了底泥沉积物再悬浮通量与风速之间的定量关系。结果表明:太湖底泥在3种起动标准下对应的起动流速分别为15、30和40 cm/s;底泥沉积物再悬浮通量与风速呈现线性正相关关系,再悬浮通量随风速增大而增大,且相关性较好。该方法为太湖内源释放量估算及富营养化治理提供参考依据。

不同断面形态河槽阻力特性试验

阻力相似是河工模型关键问题之一。本文通过水槽试验分别对偏V形断面和矩形断面明渠加糙后的阻力特性进行对比研究。研究结果表明:在阻力平方区,偏V形水槽加糙后随雷诺数增加阻力变化很小,对于矩形水槽加糙后随着雷诺数增加阻力有略微减小的趋势;当雷诺数为10000时,矩形断面加糙后其阻力明显大于偏V形断面加糙后的阻力,随着雷诺数增大两者阻力趋于相同值。

水闸下游渠道中水深变化规律的试验研究

运用全组合试验设计法的思想对水闸下游渠道中流态转变时水流特性进行试验研究。通过放水试验,研究矩形水槽内闸后水深h与流量Q、渠道纵坡i、闸前水头H、闸门开度e等物理量之间的关系。试验得出水闸下游渠道中的最大水深并非对应于渠中的最大流量,它与闸门开度、闸前水头有关。根据试验结果得出了跃前水深h1、跃后水深h2的经验公式。

含植物河道的水流垂向流速分布试验研究

河道植物可保持水土并净化水质,对生态系统有很好的修复作用,但河道植物会降低河道的输水和泄洪能力,因此研究植物对水流特性的影响非常重要。为此使用PVC圆柱棒模拟刚性植物,在矩形平底水槽中,采用三维多普勒超声测速仪(ADV)对含刚性植物河道的水流流速垂向分布规律进行了试验研究,分析了含刚性植物明渠水流的流速变化规律。结果表明,无植物区域水流流速垂向分布呈"J"型,符合半对数分布关系;有植物区域,无论是否淹没,水流流速垂向分布呈"S"型,淹没条件下流速垂向分布大体分为植物区域和植物区域以上部分两个区域;植物区域流速垂向分布曲线在局部区域内有一个极小值,取得极小值的拐点在相对淹没度为0.5附近;植物区域以上部分流速垂向分布呈"J"型。

桥梁边墩周围三维流场的数值模拟

采用现代三维运动界面追踪技术VOF(volume of fluid)方法和标准模型,耦合求解对边墩附近三维流场进行了合理模拟,通过对边墩周围不同垂直面和水平面流速进行分析,得出边墩附近的流场特性及规律。对三维运动界面追踪技术模型、模型的基本方程、模型的边界条件及初始条件模型验证、边墩附近三维流场等作了简要描述。

刚性双层植物河道水流垂向流速分布试验研究

天然河道中植物高低不等,为了研究在淹没条件下含刚性双层植物河道的水流流速垂向分布规律,试验在矩形平底水槽中,采用PVC圆柱棒对刚性植物进行模拟,用三维多普勒超声测速仪(ADV)对流速进行测量,分析在两种不同高度植物存在的情况下流速的变化规律。试验结果表明:(1)高棒之后区域的流速分布曲线存在4个拐点,分布曲线分为5个部分,各部分水流特性各不相同。(2)短棒之后的区域的流速分布曲线存在3个拐点,分布曲线分为4个部分。这两个区域的流速分布曲线的形状在短棒之上、高棒之下的部分有所不同,其他部分大体相似。(3)短棒之下的水流速度大小不尽相同,但在高棒之上的水流流速分布逐渐收敛于一条对数曲线上,高棒之上的水流流速分布符合无植物水流水面附近的流速分布情况。

基于底泥再悬浮试验的太湖水质模拟

为探索浅水湖泊水动力扰动作用对底泥再悬浮影响的规律,在室内矩形水槽内模拟了各种水动力条件下太湖底泥的起动规律,得到了太湖底泥在3种不同起动标准下的起动流速,通过考察上覆水中悬浮物浓度的变化,建立了底泥沉积物再悬浮通量与水体流速的定量化关系。结果表明:太湖底泥在个别动、少量动、普遍动3种标准下的起动流速分别为15、30和40 cm/s,且底泥沉积物再悬浮通量与流速呈现线性正相关关系,再悬浮通量随流速增大而增大,且相关性较好。将该试验结果应用于太湖的水量水质数学模型中,并和太湖实测资料进行了对比,取得了比较满意的效果。该模拟装置能够在室内可控条件下较好地反映太湖沉积物再悬浮特征,对太湖的富营养化治理具有重要意义。

Investigation of non-cohesive levee breach by overtopping flow

This paper presents an experimental study of the overtopping breach of homogeneous non-cohesive levee or dike in a 180o bend rectangular flume. Detailed experimental and numerical results provide information on the breach flow discharge and longitudinal and transversal breach profiles for this type of levee. It is indicated that the water level and the flow discharge in the river and the levee material properties are significant influencing factors for the breach evolution. The plane form of the breach is approximately an asymmetrical hyperbola. A formula with a non-constant flow factor is proposed to compute this kind of breach discharge.