橋墩組與水流方向夾角較大對河道水流影響的數(shù)值模擬研究

河道攔沙壩附近的水流流態(tài)復雜,且行洪期受泥沙影響較大。河道攔沙壩對水流的影響可以通過三維水流數(shù)值計算進行分析。以某水道的攔沙壩的數(shù)學模型為計算實例,通過數(shù)值模擬出了該區(qū)域的三維流場分布,分析了攔沙壩對河道水流的流速和流場的影響特性。計算結(jié)果表明,攔沙壩對河道流場影響較大,最明顯的區(qū)域為攔沙壩密集區(qū)附近,并且形成較大的渦流,對攔沙作用具有雙重影響特性。

采用正交曲線坐標對赤水河鰱魚溪碼頭河段計算域進行了坐標擬合,用有限體積法(simplec程式)對擬合坐標系下的水流基本控制方程進行了離散,在求解過程中采用了欠松弛技術和逐線迭代法。分析了鰱魚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對洪水位的影響,得出了在赤水河鰱魚溪彎道凹岸建港可以將岸線適當推向河心的認識。

采用準二維數(shù)學模型，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建工程后工程附近河道的壅水高度和流速變化,分析了擴建工程對工程附近局部流場和河道水流的影響,為順岸式碼頭擴建工程的規(guī)劃和設計提供參考依據(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建工程后工程附近河道的壅水高度和流速變化,分析了擴建工程對工程附近局部流場和河道水流的影響,為順岸式碼頭擴建工程的規(guī)劃和設計提供參考依據(jù)。

通過實體模型試驗,研究了浮橋在不同水流條件下對壅水高度、壅水范圍、局部流速及水流挾沙力的影響,結(jié)果表明:①當浮橋與水流呈一定角度時,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,浮舟與水流方向的夾角不宜大于10°;③運用能量型橋渡壅水公式計算的浮橋壅水高度較實際情況偏小,結(jié)果偏于不安全;④當浮橋轉(zhuǎn)角開始增大時,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彎道河道水流的影響,建立了平面二維數(shù)學模型,基于彎道水流的運動機理,首先對數(shù)學模型進行了典型試驗驗證,然后模擬西江一多引橋式高樁碼頭對西江某彎道段水流的影響,指出了此類碼頭使彎道河道水流發(fā)生的獨特變化,并指出數(shù)值計算中存在的不足及今后研究的努力方向。

應用船舶碰撞橋墩的概率風險計算理論,通過對船舶碰撞橋墩的風險概率進行比較計算,得出了橋墩軸線與水流夾角對船舶通航安全有顯著的影響。

通過一維與二維潮流數(shù)學模型相結(jié)合,模擬計算跨河橋梁建成后,工程河道水流變化情況及對通航的影響。

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

針對目前柳州市柳江河道上擬建景觀對河道的影響,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系下的二維水流數(shù)學模型,并采用純隱格式的混合有限分析法用來離散和求解該數(shù)學模型。建立的大范圍的柳州市柳江河道二維數(shù)學模型計算成果一方面用來進行驗證,另一方面為景觀工程局部水流數(shù)學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,對局部水位和流態(tài)存在一定的影響;由于對工程區(qū)堤防外的房屋進行了拆遷,一定程度改善了所處位置河道左岸的過流條件。

以海門新江海河挖入式港池擋沙堤工程為研究對象,采用有限體積方法,建立了三角形非結(jié)構網(wǎng)格二維潮流數(shù)學模型,分析了不同擋沙堤形態(tài)對堤頭流場、橫流和水位變化影響特性。研究結(jié)果表明,隨著堤長增大,其挑流作用不斷增強。應合理控制堤長。堤頭形態(tài)變化可以起到優(yōu)化流場、減緩橫流的作用。工程區(qū)水位變化最明顯為漲落急時刻,最明顯區(qū)域為堤身外側(cè)靠近壩根處。

橋梁阻水壅高值計算是防洪影響評價的重要組成部分.研究一般的橋梁壅水問題,規(guī)范推薦采用經(jīng)驗公式法進行計算;對于河道水力條件比較復雜的情況,宜采用數(shù)學模型計算或進行物理模型試驗.相比物理模型,數(shù)學模型具有投資小、周期短的特點.以阿什河干流道外香坊段河道整治工程為例,運用hec-ras軟件進行數(shù)值模擬研究,分析了橋墩擴孔對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)構技術要求限制,橋墩軸線與水流方向夾角較大。本文用數(shù)值模擬的方法對兩種橋梁設計方案進行對比研究,通過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,分析兩種設計方案對河道流場影響的差異,歸納總結(jié)出改良方案的優(yōu)缺點。

采用二維水動力數(shù)值模型計算分析了斜跨河道橋梁和拓河工程建設對河道水位、流速、流向的影響.結(jié)果表明,橋梁建設配套拓河方案,可有效減緩因橋梁建設的上游壅水影響,橋位上游基本表現(xiàn)為跌水,對橋位上游河道的泄洪是有利的,橋址處因布墩及拓河帶來的局部河勢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變化;對流速流向的影響僅局限于橋梁附近水域,對河道整體河勢影響不大.

交匯河段水流特性復雜,涉河工程建設以不對匯流口產(chǎn)生不利影響為宜。以某交匯河段干支流橋梁建設為例,運用二維數(shù)學模型分析交匯河段橋梁建設對水流影響,結(jié)果表明:橋梁建設對匯流口流場、流速及流向等基本沒有影響,說明橋梁位置選擇和方案布置是基本合理的。

為對東江北干流中下游右岸一形狀不規(guī)則樁基碼頭對河道流場影響進行數(shù)值模擬,本文在前人研究成果的基礎上,建立平面二維數(shù)學模型模擬此碼頭對河道流場的影響。計算結(jié)果表明:碼頭建設后其局部水域流速變化較大,但對整個河道的影響并不大。

以白坭河大橋擴建工程為例,采用數(shù)學模型方法,通過模型率定與驗證,選取典型水文組合,針對工程在主航道上形成的\"通航巷道\

在邊界擬合曲線坐標系下,運用b型交錯網(wǎng)格模式和動邊界掃描技術建立了基于連通域的二維水流數(shù)學模型,并提出了模型中有關參數(shù)的處理方法。采用貼體坐標變換將復雜的物理域變換成規(guī)則的計算域,在計算域上采用控制容積法離散方程,應用simplec算法計算速度-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;該模型能夠較準確地模擬連通域河段的流場變化、水位變化等過程,可供實際工程應用。

對于河道寬灘區(qū)修建的風電場工程,其風機塔筒群的阻水作用可能會對所在河段的洪水演進及河勢穩(wěn)定有所影響,必須予以了解和評估。本文基于mike21軟件,建立了某風電場所在河段的二維平面水動力數(shù)學模型,并對模型進行了驗證。在驗證洪水條件下,特征斷面模擬水位與設計水位的相對誤差均小于1%,表明模型阻力參數(shù)設置比較可靠。對風電場所在灘區(qū)的水流阻力進行了概化處理,然后運用模型開展了風電場工程建設前、后兩種條件下設計特征洪水的數(shù)值模擬,得到了該河段在設計特征洪水演進過程中的水深、流速等數(shù)據(jù)。通過對比分析工程壅水及主流線位置變化可知,該灘區(qū)風機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,不會引起該河段河勢的明顯變化。研究成果對灘區(qū)風電場工程規(guī)劃設計具有一定的參考價值。

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,其紊動特性引起的阻力較為復雜,交匯水流除床面阻力外還受到較強的阻力?；跀?shù)值模擬與實驗比較分析表明,分離流與自由剪切流所產(chǎn)生的阻力(紊動粘性阻力)對于交匯水流數(shù)值模擬具有重要影響。同時,由于平面二維模型對二次流影響的忽略,斷面環(huán)流較強時數(shù)值模擬會產(chǎn)生較大的阻力(環(huán)流阻力),而斷面環(huán)流較弱時,交匯水流的三維特性相對較弱,采用平面二維模型和k-ε紊流模型能達到較好的模擬效果。因此,紊動及環(huán)流阻力的計算對交匯水流數(shù)值模擬的精度至關重要。

利用cfd數(shù)值模擬方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)水力性能試驗對不同結(jié)構參數(shù)尺寸的齒形迷宮滴頭流道內(nèi)流場進行模擬計算,充分發(fā)揮其快速、低成本的優(yōu)勢,選取流量系數(shù)、流態(tài)指數(shù)和水頭損失系數(shù)3個指標來分析齒形迷宮滴頭流道結(jié)構參數(shù)對滴頭工作性能影響的規(guī)律。結(jié)果表明,齒角度α對流量系數(shù)的影響最大,其次是偏差量j,齒高h對其影響最小;齒角度α對流態(tài)指數(shù)的影響最大,其次是偏差量j,齒高h對其影響最小。