电站扩机工程对原船闸航行影响船模试验研究

以湘江近尾洲枢纽船闸扩建工程为例,通过对工程前、后的船模试验数据分析得出了扩机工程对原船闸通航水流条件的影响。扩机工程优化方案基本消除了工程前一线船闸上游引航道中的回流流态,并使得口门区内的纵、横流最大值与工程前相比分别减小了0.23、0.82 m/s;枢纽一线船闸上游航道口门区最大通航流量由工程前的6653 m^(3)/s增加至优化方案中的6963 m^(3)/s,船模试验最不利工况为工况5(Q=12300 m^(3)/s)。优化方案的船模航行效果整体优于原方案,优化方案各流量工况下的平均航速均有所增加。当Q<8200 m^(3)/s时,上、下行最大舵角及最大漂角相对于原方案均有所下降,优化了航道通航水流条件,大大提升了过往船舶的安全系数,但仍要略高于工程前。

嘉陵江河口至南充河段大件设备水运通航条件研究

南充化工园区成达公司PTA项目需要运输从国外和沿海厂家订购的大件设备共20余件,其中,最大件重量528t,运输尺寸16.2×11.85×12.6（m）。由于大件设备尺寸较大,公路和铁路无法运输,只能通过长江进入嘉陵江水运到南充拟建大件码头。嘉陵江河口到南充大件码头约255km河段,从未运输过如此超限重大件设备;天然河段航道尺度不够;峡谷河段洪水流速较大;武胜嘉陵江旧大桥通航孔净高较小;大件设备水上运输难度较大。通过收集分析嘉陵江运输河段航道滩险、船闸及跨河建筑物等资料,进行重难点现场调查。提出了重大件设备水上运输方案：用1,000t级船舶运输重大件设备,在汛期7～9月,选择高出最低通航水位2.0～6.3m;对部分天然河道航道滩险进行局部整治;通过净高较小的跨江桥孔时,对运输船舶的水密舱注水压载,减小运输船舶的水面上高度;采用引航助航等措施。成功地进行了大件设备水上运输,可供类似大件设备水上运输参考。

基于Herschel-Bulkley流变模型的滑坡涌浪数值模拟方法研究

山区水库滑坡涌浪灾害严重威胁库区航运、水工建筑物及沿岸城镇的安全,针对这类次生灾害进行预测和早期防范具有重要意义。滑坡冲击水体形成涌浪的动力过程十分复杂,对其进行准确模拟一直是近年来的研究热点。本文将滑坡视为由流体化物质组成的一类连续的特殊流体,在满足连续方程和动量方程的基础上,引入Realizable k-ε紊流模型和VOF模型,采用自定义函数程序控制滑坡流变特征和底部摩擦阻力,利用有限体积法模拟了Lituya海湾滑坡涌浪运动的全过程,数值模拟得到的涌浪生成形态、速度矢量场与试验结果吻合较好。通过对库区滑坡涌浪开展三维数值模拟,定量获得了不同时刻下库区内涌浪的运动信息。结果表明,涌浪在狭窄顺直河道内传播时波高衰减缓慢,波形类似于孤立波,而在库区弯道地形影响下波幅会迅速衰减。论文研究成果可为科学制定涌浪灾害应急预案和紧急避险方案提供依据。

岷江老木孔航电枢纽工程施工期坝区通航方案及通航水流条件研究

老木孔航电枢纽是岷江干流下游乐山—宜宾162 km河段近期开发4个航电梯级中的第1级,其施工期的通航条件将直接关系到岷江乐山—宜宾段大件船舶运输。为保障施工期岷江航道畅通,施工一期采用左岸扩挖明渠临时航道通航。采用水工物理模型试验与船模试验相结合的研究方法,对施工一期第1个枯水期三江村左汊通航期枢纽坝区通航方案及通航水流条件进行系统研究,提出左岸扩挖明渠疏浚、明渠进口段布置、明渠下游出口及连接段布置推荐方案,以及相应的通航水流条件特征参数。结果表明:老木孔枢纽施工期坝区推荐布置方案通航水流条件良好,获得的最小和最大通航流量满足施工期通航要求。

水运领域RFID技术动态密钥管理研究

水运领域采用RFID技术可显著提高运输效率,但RFID系统的安全性是其应用的最大障碍;本文分析了固定密钥RFID系统的安全缺陷,提出了RFID动态密钥管理方法,并采用单片机系统进行了实验验证;实验结果表明,该方法安全高效,有效提高了RFID系统的安全性,具有广泛的社会推广价值。

大水位变幅区码头前沿水位变动特性研究

大水位变幅水库变动回水区码头通航水流条件受上、下游水库联合调度运行影响较大。以在建的白鹤滩水电站坝址下游白石滩翻坝码头为例,通过一维非恒定流数值模拟研究方法,开展了白石滩翻坝码头河段通航水流条件研究。结果表明,翻坝码头河段水位日变幅既受白鹤滩水电站日调节和大坝泄洪非恒定流的影响,又受下游溪洛渡水库坝前运行水位的影响,码头平台布置应进一步优化,以提高利用率。

溃坝洪水演进及溃坝水流对下游坝体冲击研究

坝体溃决后大量库水会在短时间内下泄形成溃坝洪水,会对下游结构物安全存在巨大威胁。本文基于RNG k-ε湍流模型对三维溃坝洪水的演进及溃坝波与下游坝体的相互作用开展系统数值研究,主要讨论了溃坝波的演进规律、下游垂直坝体处冲击压强随时间的变化和分布规律,以及上下游不同水深比α对冲击峰值压强的影响。研究表明:溃坝波在演进时会导致下游水面线峰值呈现一个先增加随后坦化的趋势,随后受到下游坝体壁面的影响,溃坝波接触壁面后发生壅水,波高迅速增加。上下游水深比α=0.3时,其下泄洪水波的相对峰值达到最大值。随后随着水深比增大,其溃坝波传播速度和各监测点水位峰值均减小;瞬时冲击压强值随着水深比α增大而减小且与第一次冲击后最大压强值的比值减小。造成下游坝体上部分测点的压强主要为静水压强,下部分测点压强则主要是冲击压强和静水压强;垂直方向的峰值压强分布呈现先减小再变大再减小的趋势而水平方向呈对称分布,且最大冲击压强出现在下游水深之上的第一个点,由冲击压强产生。

一种消能通道与过鱼通道独立的新式Tesla阀鱼道及其水力特性研究

Tesla阀特殊的结构形式,可以将反向流入的水流分别导入直/弯两组通道,并在导流柱末端摩擦碰撞进行消能,使池室内流速大大削弱。这种独特的流动特性非常适合用于设计鱼道,然而直接移用Tesla阀原始结构作为鱼道已被证实具有显著局限性。对原Tesla阀鱼道进行了结构优化,通过调整池室直/弯道宽度比,镂空导流柱并增加开口端长度等措施,得到了一种消能通道与过鱼通道相对独立的新式Tesla阀鱼道。利用数值模拟对比了优化后Tesla阀式鱼道与原方案的水力特性参数,重点分析了新式Tesla阀鱼道的流速变化规律、流场及紊动能分布情况。结果表明:新式Tesla阀鱼道相较于原方案具有明显优势,在保证消能效率不变的前提下,有效改善了池室流态,整体流速和紊动能较原方案更小。新方案显著提升了休憩区占比,池底比降范围为1%~3%时,原Tesla阀鱼道中休憩区占比为8.5%~1.2%,而新式Tesla阀鱼道内休憩区占比为44.7%~25.8%,增加了鱼类上溯成功的可能性。新方案池室内流速和紊动能随着底坡比降增加而增加,但过鱼通道内始终保持较低流速,而大流速主要出现在消能通道内。前两级池室消能通道中最大流速增涨率较高,而在3级池室以后则增涨率趋于变缓。过鱼通道内紊动能整体较低,当底坡比降小于2.5%时,该鱼道的上溯条件和经济性较好。

窄缝挑坎射流轨迹及扩散特性试验研究

窄缝挑流消能工由于投资少、工程量小,在高坝大流量泄洪建筑物中应用广泛。窄缝挑坎通过纵向扩散水舌的方式进行消能,以优化窄缝挑坎体型为目的,文章基于某水电枢纽物理模型试验,通过调整出口宽度大小的方式控制出口断面高宽比,系统分析出口断面高宽比、流量等对挑射轨迹的影响。研究结果表明,出口断面高宽比是影响水舌挑距的重要因素,射流扩散程度随出口断面高宽比的增加而增大,高宽比增大到一定程度后可清晰地观测到水翅与水帘现象。基于试验测量数据,对学者提出的水舌预测轨迹经验公式进行修正,修正后的公式在一定程度上提高了预测精度,研究成果可供类似工程参考。

基于随机森林的内河架空直立式码头损伤诱因反演模型研究

为研究对码头结构损伤不良诱因作用的反演,在内河架空直立式码头物理模型上进行试验,分析码头在超限堆载和不规范靠泊两种损伤诱因作用下的应变规律。结合三峡库区架空直立式码头损伤诱因反演分析,提出基于随机森林的损伤诱因反演模型,并使用物理模型的试验数据对模型进行评估。结果表明:由物理模型试验得到靠江侧和靠岸侧基桩轴向应变分布规律,靠江侧轴向应变特征较靠岸侧明显,更适合作为反演输入;随机森林反演模型能够对物理模型损伤诱因的类型、位置、强度进行较为准确的反演,损伤类型的精度达到0.98,损伤位置的精度达到0.99,损伤强度的精度达到0.99。

侧向进流溢洪道泄流能力模型试验研究

平陆运河马道枢纽因地形、地质条件限制,为节省开挖,减少施工对左岸村庄的影响,总体布置形式采用集中布置。双线船闸布置于右岸,其泄洪建筑物位于船闸左侧,进水口位于引航道左侧停泊段下段,形成侧向进流。为验证其设计泄流能力,结合1:60正态物理模型对其水力学特性进行了试验研究。根据试验观测成果总结了影响过流能力的原因并提出修改方案。试验结果表明修改方案可基本满足设计提出的分洪要求,可为类似项目提供参考。

基于叶梢小翼的泵喷推进器梢隙涡控制方法数值研究

泵喷推进器转子叶片梢涡不仅会降低推进器空化性能,而且会引起较大的梢隙压力脉动和非定常激励力,从而降低推进器声学性能。因此,泵喷梢隙涡控制是提升推进器声学性能的有效途径。该文针对某前置定子泵喷推进器,提出基于叶梢翼的梢涡控制措施,并利用高精度数值仿真方法对比分析了抑制梢涡前后的泵喷推进器推进性能、流场结构、压力脉动等特性。研究结果表明:基于叶梢翼的转子梢涡控制方法可显著抑制泵喷梢涡发展和叶梢间隙压力脉动,并且对推进器的水动力性能影响较小,可为泵喷推进器声学优化提供参考。

非对称河道窄缝挑流轨迹及冲刷规律试验研究

基于某水电站模型试验,系统探究了非对称河道内不同收缩比窄缝消能工的挑流轨迹和冲刷规律。研究表明窄缝挑坎出口的收缩比对冲刷坑的形态影响明显,随着收缩比的减小,挑坎两边的侧墙将水流向中间挤压,同时出射水舌在空气中充分扩散,进一步掺气消能,导致冲刷坑的深度降低、范围增大。对于非对称河床,相同流量下河床冲深会随着β增大而加大,但其冲刷横向扩散范围会显著减小。对水舌外缘挑距的公式开展了对比研究,当收缩比β>0.2时,陈忠儒公式的计算结果与试验值吻合;当β=0.2时挑流轨迹计算应采用修正后的水工计算手册公式。

船闸顶扩廊道阀门段水力特性模拟研究

通过建立船闸整体输水系统三维数学模型,采用动网格技术及用户自定义函数(UDF)实现平面输水阀门匀速开启过程,分析顶扩廊道阀门段水流流态、流速及压力的动态变化规律。将数值计算的闸室水位、流量和廊道特征点压力与物理模型实测结果进行比较,二者吻合较好,说明了该数值模拟方法的可行性。数值模拟结果表明:阀门开启过程中,在阀门后形成大范围的逆时针漩涡,流速、紊动能及紊动耗散率随阀门开启先增大后减小,压力先减小后增大;当输水廊道阀门开启时间为4 min时,最小压力出现在阀门开度0.4时廊道的顶部;在该廊道体型及水力条件下,当阀门开启时间为5 min时,廊道后的时均压力最小。

东江下矶角枢纽施工期通航问题研究

东江下矶角航电枢纽是以航运为主、发电为辅的综合利用效益型枢纽,实施分期施工、分期导流。根据枢纽施工导流正态整体物理模型试验成果,分析了枢纽现状及各施工导流期通航水流条件,表明墨园浅滩段枯期水浅,天罡山凸嘴卡口水流急、流态差,船舶航行困难。针对碍航问题,提出了改善施工期通航水流条件的工程措施和施工期船舶航行操纵建议,较好地解决了枢纽施工期通航问题。

弧形水上升降式桥梁防撞装置防撞能力研究

针对重庆万州长江公路大桥两端部分拱圈及立柱在三峡水库蓄水淹没时可能因船舶失控或走偏航道而碰撞垮塌的情况,提出了弧形水上升降式桥梁防撞装置,旨在防止此类恶劣事故的发生,并通过Abaqus有限元软件模拟了最不利工况下船舶撞击该防撞装置的过程。数值模拟结果表明,该装置具备较好的防撞能力,具有非常良好的发展前景。

向家坝日调节非恒定流对下游航运条件影响研究

水电站日调节产生的非恒定流常恶化下游河道的适航条件,需提出适合下游航道安全通航的水流控制参数。结合向家坝水电站下游日调节工况的水动力模拟计算和物理模型试验,分析枯水期向家坝水电站不同运行工况下的非恒定流传播特性及其对水位变幅、流速、比降等航运水力要素的影响规律,并通过自航船模试验进一步给出代表船型在重点航段通航上行的条件要求。研究结果表明:向家坝日内的调峰幅度和调峰变率不宜过大,建议日调节运行方式按枢纽下游水位最大小时变幅不超过1.5 m/h、最大日变幅不超过4.5 m/d进行控制,对向家坝下游航运影响较低。

三峡新通道研究进展及主要技术问题

三峡工程是世界上最伟大的水利工程之一,航运效益巨大,随着国民经济持续增长和长江黄金水道建设的实施,三峡过坝货运量持续增长,2011年过闸量超过船闸1亿t的设计通过能力,2013—2015年过坝货运量均达到1.2亿t,超过设计能力20%,建设三峡新通道十分必要。简要介绍了三峡新通道研究进展情况,包括三峡新船闸建设方案和葛洲坝船闸扩能改造方案及主要技术问题。

非栅区封装光纤布喇格光栅应变传感特性研究

针对表面粘贴式非栅区封装结构,依据变形等效原理,推导了该结构的应变传递函数,仿真分析了非栅区封装中间段长度与封装材料弹性模量对应变传递效率的影响.分别采用有机环氧胶与金属锌,将两只光纤布喇格光栅用非栅区封装方式固定在同一根钢丝上,进行拉伸试验,试验结果表明:两种材料的拉伸曲线线性度均达到0.99以上,表明两种封装材料的应变传递一致性较好;金属锌封装结构的应力感知灵敏度平均值为0.142 6nm/KN,环氧有机胶封装结构的应力感知灵敏度平均值为0.130 4nm/KN;各种应变值下,金属锌封装结构的应变传递系数均稳定在0.995左右,而环氧有机胶封装结构的应变传递系数在0.91左右上下波动,金属锌的应变传递效率较有机环氧胶高了近9.34%.试验结果与数值仿真结果较为吻合,可为非栅区封装光纤布喇格光栅传感器的设计提供依据.

长江黄河含沙量垂线分布的分形研究

为了从流体内部结构入手分析挟沙水流含沙量分布,以长江、黄河实测资料为例,从分形标度的角度出发,探讨了天然河道含沙量垂线分布的规律。研究结果表明:天然河道含沙量垂线分布呈二阶累计和变维分形现象,分维数可以反映含沙量垂线分布的均匀程度,分维数越大,含沙量垂线分布越均匀;长江含沙量垂线分布的分维数(绝对值)要小于黄河的分维数,并且同一条河道的不同位置分维数不同;含沙量垂线分布的分维数大小与泥沙粒径、水深等有关。