橋墩組與水流方向夾角較大對(duì)河道水流影響的數(shù)值模擬研究

河道攔沙壩附近的水流流態(tài)復(fù)雜,且行洪期受泥沙影響較大。河道攔沙壩對(duì)水流的影響可以通過(guò)三維水流數(shù)值計(jì)算進(jìn)行分析。以某水道的攔沙壩的數(shù)學(xué)模型為計(jì)算實(shí)例,通過(guò)數(shù)值模擬出了該區(qū)域的三維流場(chǎng)分布,分析了攔沙壩對(duì)河道水流的流速和流場(chǎng)的影響特性。計(jì)算結(jié)果表明,攔沙壩對(duì)河道流場(chǎng)影響較大,最明顯的區(qū)域?yàn)閿r沙壩密集區(qū)附近,并且形成較大的渦流,對(duì)攔沙作用具有雙重影響特性。

采用正交曲線坐標(biāo)對(duì)赤水河鰱魚(yú)溪碼頭河段計(jì)算域進(jìn)行了坐標(biāo)擬合,用有限體積法(simplec程式)對(duì)擬合坐標(biāo)系下的水流基本控制方程進(jìn)行了離散,在求解過(guò)程中采用了欠松弛技術(shù)和逐線迭代法。分析了鰱魚(yú)溪碼頭工程前后河段內(nèi)水位、比降及水流流速的變化。研究了碼頭前沿船舶泊穩(wěn)條件和碼頭工程建設(shè)對(duì)洪水位的影響,得出了在赤水河鰱魚(yú)溪彎道凹岸建港可以將岸線適當(dāng)推向河心的認(rèn)識(shí)。

采用準(zhǔn)二維數(shù)學(xué)模型，研究了嘉陵江北碚防洪堤工程修建后河道水流條件變化及其對(duì)通航、上游防洪等的影響，分析了工程后，水面及比降變化、主流速度變化和上水航線流速變化，提出了合理可行的工程方案

基于一、二維水流數(shù)值模型模擬珠江三角洲流域某順岸式碼頭擴(kuò)建工程后工程附近河道的壅水高度和流速變化,分析了擴(kuò)建工程對(duì)工程附近局部流場(chǎng)和河道水流的影響,為順岸式碼頭擴(kuò)建工程的規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

基于一、二維水流數(shù)值模型模擬珠江三角洲流域某順岸式碼頭擴(kuò)建工程后工程附近河道的壅水高度和流速變化,分析了擴(kuò)建工程對(duì)工程附近局部流場(chǎng)和河道水流的影響,為順岸式碼頭擴(kuò)建工程的規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

通過(guò)實(shí)體模型試驗(yàn),研究了浮橋在不同水流條件下對(duì)壅水高度、壅水范圍、局部流速及水流挾沙力的影響,結(jié)果表明:①當(dāng)浮橋與水流呈一定角度時(shí),橋上游的水位在橋前相同距離斷面上沿著橋軸方向從上游端向下游端逐漸提高;②浮橋處于工作狀態(tài)時(shí),浮舟與水流方向的夾角不宜大于10°;③運(yùn)用能量型橋渡壅水公式計(jì)算的浮橋壅水高度較實(shí)際情況偏小,結(jié)果偏于不安全;④當(dāng)浮橋轉(zhuǎn)角開(kāi)始增大時(shí),橋前流速逐漸減小,并且單寬流量越小、天然流速越小,由浮橋轉(zhuǎn)角造成的橋前流速衰減率越大;⑤水流挾沙力的減小規(guī)律與流速衰減規(guī)律類(lèi)似,較小單寬流量下的水流挾沙能力減幅較大。

為研究引橋式高樁碼頭對(duì)彎道河道水流的影響,建立了平面二維數(shù)學(xué)模型,基于彎道水流的運(yùn)動(dòng)機(jī)理,首先對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了典型試驗(yàn)驗(yàn)證,然后模擬西江一多引橋式高樁碼頭對(duì)西江某彎道段水流的影響,指出了此類(lèi)碼頭使彎道河道水流發(fā)生的獨(dú)特變化,并指出數(shù)值計(jì)算中存在的不足及今后研究的努力方向。

應(yīng)用船舶碰撞橋墩的概率風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算理論,通過(guò)對(duì)船舶碰撞橋墩的風(fēng)險(xiǎn)概率進(jìn)行比較計(jì)算,得出了橋墩軸線與水流夾角對(duì)船舶通航安全有顯著的影響。

通過(guò)一維與二維潮流數(shù)學(xué)模型相結(jié)合,模擬計(jì)算跨河橋梁建成后,工程河道水流變化情況及對(duì)通航的影響。

梯形河道內(nèi)橋墩布置對(duì)近岸流速影響的數(shù)值模擬研究——以概化梯形河道為例，采用數(shù)學(xué)模型方法，就橋墩布置的不同位置對(duì)近岸流速的影響問(wèn)題進(jìn)行初步的探討和研究，進(jìn)而分析對(duì)堤防安全穩(wěn)定的影響。數(shù)值模擬研究結(jié)果表明：當(dāng)橋墩遠(yuǎn)離坡腳10m以上時(shí)，橋墩布置距離堤...

針對(duì)目前柳州市柳江河道上擬建景觀對(duì)河道的影響,分別建立了柳州市柳江河道大范圍河段和擬建景觀工程局部范圍曲線坐標(biāo)系下的二維水流數(shù)學(xué)模型,并采用純隱格式的混合有限分析法用來(lái)離散和求解該數(shù)學(xué)模型。建立的大范圍的柳州市柳江河道二維數(shù)學(xué)模型計(jì)算成果一方面用來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證,另一方面為景觀工程局部水流數(shù)學(xué)模型提供初始和邊界條件。結(jié)果分析表明,與工程前相比,景觀工程局部河道地形有挖有填,對(duì)局部水位和流態(tài)存在一定的影響;由于對(duì)工程區(qū)堤防外的房屋進(jìn)行了拆遷,一定程度改善了所處位置河道左岸的過(guò)流條件。

以海門(mén)新江海河挖入式港池?fù)跎车坦こ虨檠芯繉?duì)象,采用有限體積方法,建立了三角形非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格二維潮流數(shù)學(xué)模型,分析了不同擋沙堤形態(tài)對(duì)堤頭流場(chǎng)、橫流和水位變化影響特性。研究結(jié)果表明,隨著堤長(zhǎng)增大,其挑流作用不斷增強(qiáng)。應(yīng)合理控制堤長(zhǎng)。堤頭形態(tài)變化可以起到優(yōu)化流場(chǎng)、減緩橫流的作用。工程區(qū)水位變化最明顯為漲落急時(shí)刻,最明顯區(qū)域?yàn)榈躺硗鈧?cè)靠近壩根處。

橋梁阻水壅高值計(jì)算是防洪影響評(píng)價(jià)的重要組成部分.研究一般的橋梁壅水問(wèn)題,規(guī)范推薦采用經(jīng)驗(yàn)公式法進(jìn)行計(jì)算;對(duì)于河道水力條件比較復(fù)雜的情況,宜采用數(shù)學(xué)模型計(jì)算或進(jìn)行物理模型試驗(yàn).相比物理模型,數(shù)學(xué)模型具有投資小、周期短的特點(diǎn).以阿什河干流道外香坊段河道整治工程為例,運(yùn)用hec-ras軟件進(jìn)行數(shù)值模擬研究,分析了橋墩擴(kuò)孔對(duì)河道流域的防洪影響.

增從高速公路垮增江大橋受平面布置和結(jié)構(gòu)技術(shù)要求限制,橋墩軸線與水流方向夾角較大。本文用數(shù)值模擬的方法對(duì)兩種橋梁設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比研究,通過(guò)繪制工程前后的水流流向變化等值線圖和流速變化等值線圖,分析兩種設(shè)計(jì)方案對(duì)河道流場(chǎng)影響的差異,歸納總結(jié)出改良方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

采用二維水動(dòng)力數(shù)值模型計(jì)算分析了斜跨河道橋梁和拓河工程建設(shè)對(duì)河道水位、流速、流向的影響.結(jié)果表明,橋梁建設(shè)配套拓河方案,可有效減緩因橋梁建設(shè)的上游壅水影響,橋位上游基本表現(xiàn)為跌水,對(duì)橋位上游河道的泄洪是有利的,橋址處因布墩及拓河帶來(lái)的局部河勢(shì)變化存在一定水位變幅,河道拓寬范圍內(nèi)下游段水位壅高,但河槽流速減小,拓河段以外下游河道水位無(wú)變化;對(duì)流速流向的影響僅局限于橋梁附近水域,對(duì)河道整體河勢(shì)影響不大.

交匯河段水流特性復(fù)雜,涉河工程建設(shè)以不對(duì)匯流口產(chǎn)生不利影響為宜。以某交匯河段干支流橋梁建設(shè)為例,運(yùn)用二維數(shù)學(xué)模型分析交匯河段橋梁建設(shè)對(duì)水流影響,結(jié)果表明:橋梁建設(shè)對(duì)匯流口流場(chǎng)、流速及流向等基本沒(méi)有影響,說(shuō)明橋梁位置選擇和方案布置是基本合理的。

為對(duì)東江北干流中下游右岸一形狀不規(guī)則樁基碼頭對(duì)河道流場(chǎng)影響進(jìn)行數(shù)值模擬,本文在前人研究成果的基礎(chǔ)上,建立平面二維數(shù)學(xué)模型模擬此碼頭對(duì)河道流場(chǎng)的影響。計(jì)算結(jié)果表明:碼頭建設(shè)后其局部水域流速變化較大,但對(duì)整個(gè)河道的影響并不大。

以白坭河大橋擴(kuò)建工程為例,采用數(shù)學(xué)模型方法,通過(guò)模型率定與驗(yàn)證,選取典型水文組合,針對(duì)工程在主航道上形成的\"通航巷道\

在邊界擬合曲線坐標(biāo)系下,運(yùn)用b型交錯(cuò)網(wǎng)格模式和動(dòng)邊界掃描技術(shù)建立了基于連通域的二維水流數(shù)學(xué)模型,并提出了模型中有關(guān)參數(shù)的處理方法。采用貼體坐標(biāo)變換將復(fù)雜的物理域變換成規(guī)則的計(jì)算域,在計(jì)算域上采用控制容積法離散方程,應(yīng)用simplec算法計(jì)算速度-壓力耦合。研究結(jié)果表明:采用控制容積法和simplec算法離散求解方程,具有良好的守恒性和穩(wěn)定性;該模型能夠較準(zhǔn)確地模擬連通域河段的流場(chǎng)變化、水位變化等過(guò)程,可供實(shí)際工程應(yīng)用。

對(duì)于河道寬灘區(qū)修建的風(fēng)電場(chǎng)工程,其風(fēng)機(jī)塔筒群的阻水作用可能會(huì)對(duì)所在河段的洪水演進(jìn)及河勢(shì)穩(wěn)定有所影響,必須予以了解和評(píng)估。本文基于mike21軟件,建立了某風(fēng)電場(chǎng)所在河段的二維平面水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型,并對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。在驗(yàn)證洪水條件下,特征斷面模擬水位與設(shè)計(jì)水位的相對(duì)誤差均小于1%,表明模型阻力參數(shù)設(shè)置比較可靠。對(duì)風(fēng)電場(chǎng)所在灘區(qū)的水流阻力進(jìn)行了概化處理,然后運(yùn)用模型開(kāi)展了風(fēng)電場(chǎng)工程建設(shè)前、后兩種條件下設(shè)計(jì)特征洪水的數(shù)值模擬,得到了該河段在設(shè)計(jì)特征洪水演進(jìn)過(guò)程中的水深、流速等數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)比分析工程壅水及主流線位置變化可知,該灘區(qū)風(fēng)機(jī)塔筒群引起的工程壅水較低、流速變化較小、主流線位置變化不大,不會(huì)引起該河段河勢(shì)的明顯變化。研究成果對(duì)灘區(qū)風(fēng)電場(chǎng)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

與順直明渠水流相比,明渠交匯水流由于存在分離區(qū)和自由剪切面,其紊動(dòng)特性引起的阻力較為復(fù)雜,交匯水流除床面阻力外還受到較強(qiáng)的阻力。基于數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)比較分析表明,分離流與自由剪切流所產(chǎn)生的阻力(紊動(dòng)粘性阻力)對(duì)于交匯水流數(shù)值模擬具有重要影響。同時(shí),由于平面二維模型對(duì)二次流影響的忽略,斷面環(huán)流較強(qiáng)時(shí)數(shù)值模擬會(huì)產(chǎn)生較大的阻力(環(huán)流阻力),而斷面環(huán)流較弱時(shí),交匯水流的三維特性相對(duì)較弱,采用平面二維模型和k-ε紊流模型能達(dá)到較好的模擬效果。因此,紊動(dòng)及環(huán)流阻力的計(jì)算對(duì)交匯水流數(shù)值模擬的精度至關(guān)重要。

利用cfd數(shù)值模擬方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)水力性能試驗(yàn)對(duì)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)尺寸的齒形迷宮滴頭流道內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行模擬計(jì)算,充分發(fā)揮其快速、低成本的優(yōu)勢(shì),選取流量系數(shù)、流態(tài)指數(shù)和水頭損失系數(shù)3個(gè)指標(biāo)來(lái)分析齒形迷宮滴頭流道結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)滴頭工作性能影響的規(guī)律。結(jié)果表明,齒角度α對(duì)流量系數(shù)的影響最大,其次是偏差量j,齒高h(yuǎn)對(duì)其影響最小;齒角度α對(duì)流態(tài)指數(shù)的影響最大,其次是偏差量j,齒高h(yuǎn)對(duì)其影響最小。