生态浮床布设下明渠水流结构及阻力特性试验研究

生态浮床已广泛运用于城市河道净化工程,但浮床布设改变了原河道断面水流结构,增加水流阻力,可能降低河道行洪能力。现有研究主要针对浮床水动力学特性分析,而关于浮床引起的水流阻力变化定量研究较少。为此,通过水槽试验研究了浮床刚性植物在10、20、30 cm三种淹没深度及平行、交错两种布置方式的组合工况下对水槽断面水流结构产生的影响。由于传统的曼宁公式无法直接用于浮床覆盖区糙率系数的求解,基于等效断面原理增加浮床阻力项,求解浮床覆盖区综合糙率与刚性植物附加糙率。结果表明,淹没深度越大,浮床阻水效果越强;交错布置方式比平行布置方式更增加水流阻力;浮床刚性植物在平行布置条件下断面综合糙率在0.381~0.417之间,交错布置条件下断面综合糙率在0.397~0.427之间,断面综合糙率随植物淹没深度和布置方式的变化而变化。

桥墩紊流宽度的试验研究

通过概化水槽试验,采用M icroADV流速仪测量瞬时流速,得到桥墩周围纵向、横向和垂向时均流速和紊流强度的横向分布.比较了有、无桥墩的时均流速和紊流强度横向分布变化,得出桥墩对时均流速和紊流强度的影响幅度和范围,据此确定桥墩侧边缘的紊流宽度,并给出了桥墩最大紊流宽度随断面平均流速变化的关系.

块体形状对水流拖曳力的影响

在计算块体受到的水流拖曳力时,常借鉴针对球体所提出的公式,然而它并不能客观地反映出块体形状对拖曳力产生的影响。文中将块体形状概化为长方体,通过水槽试验测量了水流作用下不同尺度的大颗粒块体受到的水平拖曳力,研究了块体形状对水流拖曳力的影响,并提出了考虑块体形状影响的拖曳力计算公式。

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。

滩槽复式断面水流特性的试验研究

采用水槽试验研究复式断面水流流速的横向分布特征、边界剪切应力变化规律以及水力参数对断面过流能力的影响,并得出了滩槽流量分配计算式.

机翼形量水槽过流流态探讨

为深入理解流经机翼形量水槽等短喉道量水槽的水流流态提供理论依据,并以期指导该类量水槽的设计与灌区应用,以大量试验观测为基础,采用能量和临界流方程理论推导出在理想状态下临界流发生的位置;用断面比能法分析了喉道内水流能量与流态的转换关系,并对过槽水流从流态上进行定性的讨论和总结。结果表明:对于平坡渠道机翼形量水槽而言,临界流发生在渠道侧向收缩达到极小值的断面(即喉口断面);分析得到5种情况下的3类过槽流态(缓流,临界流,急流)符合试验观测。若能控制量水槽的过流流态为急流,则可以取得较好的测流效果。

超大跨径变截面钢筋混凝土拱式渡槽抗震分析

结合跨径200m的超大跨径变截面拱式渡槽的结构设计方案,通过建立有限元模型,对渡槽进行了动力特性和地震响应分析。结果表明,设计方案拱轴系数的取值合理,拱脚偏心弯矩引起的拉应力在允许范围内;变截面的做法增大了拱脚截面刚度,增强了拱圈的稳定性,有效地减小了起控制作用的拱脚处的轴向拉应力,可满足渡槽抗震要求。

超大拱式变截面渡槽收缩徐变影响研究

以跨径200m的超大跨径变截面拱式渡槽的结构设计为例,通过建立有限元模型,对渡槽主拱圈的分段分环施工全过程进行了收缩徐变分析。结果表明,徐变收缩可引起较大的后期变形,对渡槽竖向位移影响显著。建议在超大跨拱式渡槽预拱度设计时,应充分考虑混凝土的收缩徐变对变形的影响,采取分段分环施工并在拱脚处使用微膨胀混凝土以减小收缩徐变的影响,并采取相应措施控制渡槽线形。

钱塘江河口近口段取水口附近河床局部冲刷试验研究

拟建杭州市桐庐县水厂取水口位于富春江电站下游4.5 km处,属于钱塘江近口段,以径流为主,取水口的设置将引起河床局部冲刷,由于取水口结构复杂,且取水的时候,还存在局部流态改变,无法用公式计算局部冲刷,因此首先采用实测资料进行工程河段河势分析,再利用水槽模型试验可以探讨在一定洪水作用组合不同取水流量下取水口周边的局部冲刷深度。通过试验表明,在100 a一遇洪水作用下,当单孔取水流量最大时,局部冲刷深度最大,范围也较大,当不取水的时候,冲刷深度相对最小,范围也较小,成果可为工程建设、运行安全等提供技术支撑。

泗阳节制闸水力学模型试验研究

为研究水闸的泄流能力规律及不同闸门开启方式闸下水流的流动结构,基于水槽断面模型和立面二维水流模型,运用FLOW-3D软件、RNG k-ε模型和VOF法分析不同泄流方式闸下水流的流动规律,数值模拟试验结果与物理模型试验结果进行对比分析,二者吻合良好,均能为节制闸的运行及调度提供科学依据。

基于CFD的巴歇尔槽进口连接段结构优化与水动力学特性分析

【目的】探究巴歇尔槽上游进口连接段最优形式。【方法】采用SolidWorks建模软件对不同进口连接段形式(内接圆弧过渡段、外接圆弧过渡段、直面过渡段、无过渡段)建立物理模型,利用ANSYS18.0软件对模型进行网格划分与数值模拟,运用Tecplot后处理软件,在自由出流情况下,分析不同进口连接段形式对水头损失、水面线、测流误差、流速及压强的变化情况,得出输水效率最高的连接段形式。【结果】采取进口连接段过渡的巴歇尔槽相比无连接段过渡的水流流线更平缓;无连接段过渡的巴歇尔槽局部水头损失最大、内接圆弧过渡段形式巴歇尔槽局部水头损失最小。巴歇尔槽测流精度相对误差随着来流流量的增大而减小;当来流流量为0.01 m^(3)/s时,4种设计方案测流误差分别为:16.3、15.9、15.4、17.7;当来流流量为0.2 m^(3)/s时,4种设计方案测流误差分别为:6、5.9、5.2、5.5。4种设计方案中,直面过渡段形式巴歇尔槽测流精度最高;巴歇尔槽纵剖面速度、压强云图变化梯度明显,流速最大处位于喉道段、静水压强最大处位于上游雍水段。湍动能云图数值最大处位于气相所分布的区域,气相相较于液相具有更强的流动性,分子间的能量交换更加剧烈,内能消耗更大。【结论】测流工作应该在来流流量较大时完成、进口连接段加以衬砌,防止因静水压强导致巴歇尔槽形变而产生测流误差。

三种渠道不同坡度下巴歇尔量水槽数值模拟

探究巴歇尔量水槽在U形渠道、梯形渠道、矩形渠道下的适用性及适用坡度。通过物理试验与数值模拟相结合的方法进行探究。物理试验在3种渠道上分别设置不同的坡度,在不同流量工况下进行试验。数值模拟采用Ansys软件进行数值模拟。分析不同方案下巴歇尔槽的水头损失、流速及压强分布、水面线、测流误差等的变化情况。进而得出巴歇尔量水槽适宜渠道及坡度。测流误差:U形渠道>矩形渠道>梯形渠道,0.3%>0.2%>0.1%。随着来流量的增加,其测流误差会逐渐减小。局部水头损失随着坡度增加而增大,U形渠道下巴歇尔槽局部水头损失最小,矩形渠道最大。从更高的测流精度考虑,梯形渠道更适合巴歇尔槽的运行,超过0.1%坡度后,随着坡度增大,巴歇尔槽测流误差逐渐增大。

新型超声波方形量水槽测流误差试验研究

为提高新型超声波方形量水槽在非淹没出流条件下的测流量精度,加强新型超声波方形量水槽在明渠量测水中的适应性,进而推进灌区信息化建设,在超声波方形量水槽前后加设水力收缩段,并引入水力学公式辅助测流,最后与三角堰进行流量误差对比试验研究.研究结果表明:无收缩段的方形量水槽在淹没出流条件下测流误差低于8%;有收缩段方形量水槽在流量大于0.1 m^(3)/s时测流误差低于8%;流量小于0.1 m^(3)/s时收缩段流量公式计算误差小于5%.收缩段和水力学公式辅助测流的方法有效改善了新型超声波方形量水槽在非淹没出流条件下的测流精度,提高了新型超声波方形量水槽在明渠量水中的适用性,为超声波方形量水槽在实际量水中的应用提供技术保障.这种精度高,适应性强,测流简便的新型量水槽节约了明渠量水所需的人力物力,推动了灌区量水信息化的建设进程.

过渡段形式对无喉道量水槽水力特性的影响

为了对比不同过渡段形式对无喉道量水槽水力特性的影响,在传统矩形无喉道量水槽结构的基础上,设计了过渡段为圆形和椭圆形的无喉道量水槽,在宽0.6 m,深0.3 m的矩形渠道上进行了一系列试验。试验测量了无喉道量水槽在不同流量下的水位,对水位流量关系进行拟合,对不同流量下的佛汝德数和水头损失进行了分析。结果表明,过渡段形式对无喉道量水槽的测流精度、佛汝德数及水头损失均有一定影响。3种无喉道量水槽的槽前水流均满足测流要求,直线形过渡段无喉道量水槽的测流精度最高,但水头损失最大;圆形过渡段无喉道量水槽的测流精度虽较直线形过渡段的低,但水头损失最小。

基于CFD的田间量水槽选型研究

针对田间进水口的水量计量,以不同体型的量水槽为研究对象,利用AutoCAD软件建立了具有相同喉道宽度、不同喉道长度的量水槽三维数学模型,并基于计算流体力学软件FLOW-3D,采用RNGk-ε三维湍流模型和TruVOF方法对量水槽内的流动发展情况进行数值模拟。结果表明,无喉槽过槽水流流态变化迅速,流速分布不均匀,不易确定上游水深参考断面位置;长喉槽过槽水流流态稳定,流速分布均匀,但由于喉道段长度较长而占地面积较大、造价较高,且水头损失较大;短喉槽流场分布较为平稳,流速分布均匀,喉道段长度适宜,且水头损失小,适宜于我国北方灌区田间进水口的水量计量。

田间便携式平底短喉道量水槽水力特性试验

为了探索研究灌区田间进水口的水量计量,该文在巴歇尔量水槽的基础上设计制作了一种体型简单、成本低的田间便携式平底短喉道量水槽,喉口宽度51 mm、长度774 mm,便于携带和田间安装;通过试验研究了该量水槽的水力性能,观测了24种流量下量水槽内11个控制断面的水位,拟合得到自由出流和淹没出流条件下的水深与流量公式,与实测流量对比,平均相对误差和最大相对误差均在10%以内,满足灌区田间量水精度要求;分析了不同流量下佛汝德数、断面比能沿槽身各控制断面的变化规律,确定临界水深断面位于该量水槽喉口段的中部偏后段;分析了槽内水头损失情况,得知该量水槽最大水头损失占上游总水头的12.10%,相较于长喉道量水槽较小,自由出流条件下槽内水头损失小于淹没出流条件下0.02倍上游总水头。该研究为田间进水口量水设施在中国北方灌区末级渠系的进一步应用提供参考。

田间便携式短喉槽水力特性试验研究

结合临界流原理,提出适用于灌区田间进水口水量计量的新型量水设备——田间便携式短喉槽,以满足量水槽结构简单、水头损失小、量水精度较高、流量计算公式简明的要求。田间便携式短喉槽是一种喉道宽度为76 mm、槽底为平底的短喉道量水槽。在自由出流、淹没出流两种工况下对不同流量下的水力特性进行试验研究,结果表明:该量水槽过流顺畅,量测流量最大可达40 L/s,能够满足灌区末级渠道的量水要求;断面流速分布为中间流速大、两侧流速较小,且自由出流工况下的流速略大于淹没出流工况下的流速;水头损失较长喉槽的小;根据对弗劳德数的分析得到临界水深断面位于喉道后半段;通过回归分析得到田间便携式短喉槽的上游水深—流量计算公式,其最大测流误差为9.16%,满足灌区田间量水精度要求。

悬浮隧道节段模型真实刚度有关问题研究

悬浮隧道管体节段模型研究方法通常是水槽物模试验、数模或两者。文章指出现有研究忽略或忽视了悬浮隧道岸边约束与管体结构对节段真实刚度贡献,节段模型不真实的边界条件将影响其研究结论对工程的实用性与指导价值。提出悬浮隧道运营期节段真实刚度计算原则和简算公式,并对节段水槽物模试验进行真实刚度改良设计,最后提出开发数值纽带将带有真实刚度的节段模型平面分析结果扩展至三维整体分析的初步设想,并用双尾流振子方程拟合物模与CFD结果的VIM轨迹作为设想的第一步尝试。

仿自然型鱼道结构形式改进及水力特性试验研究

为了使传统仿自然型鱼道适应更大水头差,有更好的水流流态、满足不同鱼种对水流流速的要求,通过水槽模型试验和资料分析的方法,研究不同断面结构形式对仿自然型鱼道水流流态的影响,并提出了一种具有多级流速通道的过鱼断面形式,随后在此基础上对这种鱼道的消能率进行了研究。结果表明:通过增加第一排第一组蛮石的长度和高度,延长水流路径,可降低低流速通道的水流流速;通过增加一条中流速通道,可降低两侧高速通道的流速,均衡各通道流速,增加断面的过鱼效率;该鱼道断面消能率随着水深的增加有降低的趋势,当水深与第一排蛮石高度基本齐平时,消能效率最高。采用该设计方案既可增加鱼道的过鱼效率和过鱼种类,又可使鱼道适应较大水头差,与以往设计相比,可缩短鱼道长度、减小工程投资。研究成果可为仿自然型鱼道结构设计提供参考依据。

边界层理论在三角形长喉道量水槽流量计算中的应用

三角形长喉道量水槽是一种明渠量水设施。目前的流量计算主要是经验公式，经验公式的应用受试验条件的限制较大。本文根据边界层位移厚度和临界水深理论，推导了该量水槽流量的理论设计方法，该方法可以根据渠道的比降、糙率和设计流量灵活的调整量水槽的几何尺寸，喉道底部也可以根据量水范围的要求设计成平底或底部拱起。用文献的实验结果进行了比较，计算与实测值一致。在此基础上，还提出了三种复合三角形断面长喉道量水槽的理论计算方法。