高水头船闸第二分流口自分流体型水力特性研究

高水头船闸输水水流能量巨大,水力指标高,对输水系统布置和型式提出了更高要求。大藤峡水利枢纽工程船闸最大设计水头40.25 m,输水系统第二分流口拟采用空腔自分流型式,在国内外尚无先例。通过采用三维数值模拟的技术手段对该分流口型式及输水系统整体分流性能进行系统研究,详细分析在各典型充、泄水时刻第二分流口部位的水动力特性,论证在工程实际应用中的可行性。研究结果表明,在合理布置各分支廊道的出水支孔尺寸后,该分流口型式在充、泄水过程中分流效果较好,但在分流口内部存在典型流速、压力分布区域,特别是在泄水工况下分流口大墩头附近存在较大范围三角低流速紊动区域,可能会对分流口结构造成不利影响。研究成果可为全面掌握该分流口型式的水力特性以及进一步改进优化提供技术参考。     

入海水道二期对洪泽湖地区洪水风险的影响研究

为探究淮河入海水道二期工程对洪泽湖的泄洪能力以及周边滞洪区的影响,在对研究区河网概化及地形处理的基础上,建立了研究区河网一维、洪泽湖湖区与周边滞洪区二维耦合的水动力数值模型,并采用1991,2003,2006,2007四年实测历史洪水资料对模型进行率定及验证。基于现状工况、规划工况以及不同洪水量级,设计了5个对比方案对研究区进行洪水演进数值模拟,对不同洪水量级进行横向对比,对不同工况进行纵向对比,并对不同方案进行淹没面积分析和洪水影响分析。结果表明,入海水道二期工程的启用可以有效降低洪泽湖水位,提高洪泽湖的防洪标准和周边滞洪区的启用标准,减少同等洪水量级下的受影响人口数和区域GDP,为洪泽湖的防洪安全建设以及周边蓄滞洪区的稳定发展创造了条件。     

高水头船闸一字闸门水动力特性数值模拟

针对某山区高水头船闸30 m淹没水深下一字闸门的水动力特性进行研究,借助FLUENT软件提供的Realizable k-ε紊流模型对门体启闭过程非恒定流场进行动态模拟,通过建立由二维平面混合网格纵向拉伸成的三维棱柱体网格,结合2.5D重构和弹性光顺动网格法,在降低网格数量、提高计算效率的同时,实现一字闸门启闭全过程三维流场模拟。引入VOF法对自由水面迭代求解,得到一字闸门启闭过程门前后水位差及动水阻力矩变化规律,将计算结果与模型试验进行比较,两者吻合较好。模拟计算发现:门底间隙对闸门运行整个阶段动水阻力矩均有影响,动水阻力矩峰值随门底间隙增大而变小。     

引汉济渭椒溪河隧洞施工通风数值模拟研究

引汉济渭工程是陕西省为缓解关中渭河沿线城市和工业缺水问题,而提出的由汉江调水到渭河流域的大型水利工程。椒溪河段工程为穿河段,地形地质相对复杂,隧洞施工期的通风问题也相对比较严重。采用CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟方法对带有支洞隧洞的通风过程进行模拟,研究几种典型工况下隧洞内的流场和浓度场在施工期时随时间的变化规律,分析掌子面以及支洞内涡流对气流及有害气体分布的影响。在气流排散通道不顺畅时,掌子面附近的涡流区域内涡流的大小和位置呈现周期性的变化,并随通风时间的增加影响范围逐渐降低。隧道爆破产生的有害气体和烟尘会随着气流的流动发生移动和扩散过程,并逐渐排向洞外。通过对隧洞主洞与支洞内气流和有害气体排散过程的研究,得出隧洞爆破后在通风作用下隧洞的掌子面附近和支洞与主洞的交叉位置处形成涡流区,涡流的产生和变化不断的消耗通风的机械能,降低通风效率,对有害气体的排散造成一定的阻滞作用,隧洞内有害气体的排散过程包括移动和扩散两方面,移动过程将CO排向洞外,扩散过程不断的降低洞内CO峰值,总结出了不同工况下隧洞内达到安全浓度的时间,对隧洞施工进度给出一定的参考意见。     

规则波作用下潜堤透浪系数数值模拟

潜堤透浪系数是衡量潜堤削弱波浪能力的主要指标。基于Boussinesq型方程的MIKE21-BW模型建立波浪数值水槽,进行规则波作用下潜堤透浪系数的数值模拟。根据Dingemans物理模型试验结果对BW模型进行参数率定和验证,验证结果良好。在此基础上,进一步分析了影响潜堤透浪系数的无因次影响参数,包含相对淹没深度、波陡、相对堤顶宽度、斜坡堤坡度等,研究不同因素组合情况下潜堤透浪系数的变化规律。建立了规则波作用下潜堤透浪系数的计算式,应用MATLAB数学软件对式中的系数进行拟合,拟合式计算值与BW模型计算值相关系数为0.858,相关性较好。另外,将拟合式与杨正己公式进行比较,并分析数据的差异与原因。研究表明:MIKE21-BW模型可以进行规则波作用下潜堤透浪系数的数值模拟。     

竖向荷载作用下斜桩承载特性数值分析

近年来,斜桩在桥梁、码头、海上钻井平台及大型输电线路塔架基础等工程中得到广泛应用,研究不同倾角斜桩的荷载传递及承载特性实用意义较大。基于ABAQUS软件,考虑桩土接触特性,模拟分析了不同倾角斜桩的承载特性。结果表明:桩身倾角不大于10°时,倾斜角对单桩的极限承载力影响不大,但会在桩身产生一定弯矩以及桩顶产生一定的水平位移;桩身轴力沿桩长方向的衰减速率随桩身倾角的增大而增大;斜桩桩身弯矩主要分布在桩顶下1/2桩长范围内,其最大值的位置不受桩身倾角以及桩顶竖向荷载的影响;斜桩桩身侧摩阻力沿桩长大致呈"S"型分布,其桩顶以下1/6桩长范围内侧摩阻力远远大于直桩。     

河道采砂对通航水流影响后评估研究

以长江大沙坝砂石采区后评估为例,着重研究项目实施后对该河段通航水流条件的影响。通过建立二维数学模型复演工程河段项目实施前后流场,数模计算结果显示采砂活动对该河段水位及流速影响较小,总体对通航影响较小,同时综合目前河道采砂现状,为采砂活动提出建议。     

基于转轮换型的水轮机增容改造及数值模拟

从青海铁吾电站HL160-WJ-84水轮机运行中的实际问题出发,在明确了水轮机改造的方向和目标后,对新旧型谱系列模型转轮的性能进行了对比分析。基于对比结果,初选出了D06A转轮用于技术改造试验。对改造前后的水轮机全流道进行三维湍流数值计算,给出了水轮机改造前后的水动力学特性差异。同时,对改造前后的水轮机蜗壳、转轮叶片的流态分布状况进行了分析比较,对改造后的水轮机整体水力性能进行预估。分析认为,对于小型卧式HL160机组而言,更换转轮后还需对上冠泄水孔实施改造,以防止对流场造成扰动,降低机组的效率。     

饱和砂土吸力基础沉贯过程中渗流场分布

针对不同长径比的传统吸力基础及裙式吸力基础,采用有限元数值模拟的方法,研究其在饱和砂土内吸力沉贯过程中的土体渗流场分布规律。研究结果表明:传统吸力基础在沉贯过程中,土中渗流场均呈现层状分布,水头等值线密集分布于主桶内部土体,相对比较平缓;而主桶外部水头等值线变化较小且分布比较稀疏。裙式吸力基础渗流场主要存在于主桶内部和裙结构内部,并向外扩散至部分土体。吸力沉贯过程中土体的水头损失主要集中在主桶内部和裙结构内部,土体中的孔压分布和传统吸力基础规律一致,即成层状分布并未出现泡状的孔压分布形式。研究成果对揭示吸力基础沉贯机理有理论指导意义。     

分流叶片对离心泵内部固液两相流的影响

为了研究分流叶片对离心泵内部固液两相流的影响,建立固液两相流模型,对无分流叶片离心泵和3种带分流叶片的离心泵进行全流道非定常数值模拟。重点分析了添加分流叶片对离心泵外特性、叶片表面压力脉动、叶片表面颗粒体积分数分布、叶片表面颗粒滑移速度的影响。分析结果表明:添加分流叶片以后,离心泵的扬程和效率均有显著的提高,叶片表面的颗粒分布更加均匀,叶片表面颗粒的滑移速度有不同程度的下降,使颗粒对叶片表面的磨损程度得以降低;当分流叶片的进口直径为0.65D2时,叶片出水边处的压力脉动幅值最小,减小了离心泵在运行过程中的振动和噪声。