李洪[1]2003年在《丁坝水力学特性研究》文中研究指明内河航运是交通运输体系中一种重要的运输方式。我国内河航运潜力巨大，充分利用这一宝贵资源，振兴内河航运是我国实施西部大开发战略的迫切需要。 丁坝是航道整治中常见的工程措施之一，但若设计失当，可能带来许多严重后果，对丁坝所形成的许多水流条件变化开展深入研究是十分必要的。目前在水运科研和航道整治设计中，大多依赖物理模型实验。尽管物理模型实验给人较为直观的印象，但投资较大、周期较长，由于受模型比尺的限制，流速测量十分困难，尤其是水下流态难以得到准确描述。此外，目前航道整治设计中水面线的计算一般都采用传统水力学的断面平均水力要素计算方法，精度较粗，大大滞后于当今计算流体力学研究水平。因此，借助计算流体力学和计算机模拟技术的最新研究成果，推动航道水力学研究更上一个新台阶，具有重要的学术意义和广泛的工程应用价值。本论文工作是结合交通部“十·五”西部交通科技重大研究课题研究内容而开展的。 本论文研究工作包括丁坝水力学特性的实验研究和数学模拟两个方面。在实验中采用先进的激光多普勒流速仪测量流速。研究对象包括淹没和非淹没两种情况。实验研究包括单丁坝及双丁坝条件下丁坝影响区内流场及水面变化规律；数学模拟方面包括二维和叁维自由水面追踪及流场数学模型开发、验证和应用。 通过上述研究，作者采用二维和叁维数学模型对水槽试验和天然河道中丁坝附近流场和水面形态进行了精细地描述和模拟，计算结果和实测结果吻合良好。论文分析了丁坝长度与布置对水面线的影响，根据流场、紊动场模拟结果和实验结果研 ABSTRACT究丁坝造成的水流局部能量损失，并对水面变化和丁坝奎水高度进行了分析。本文的创新工作主要是:(l)首次将叁维水气两相流紊流数学模型应用于丁坝水动力学特性研究，使丁坝附近流场和紊动场的精细描述成为可能，为航道整治中水面线确定提供了一个更为准确的方法;(2)基于水槽实验和叁维水气两相流紊流数学模型数值模拟结果，建立了新的丁坝前奎水高度计算公式;(3)基于上述奎水高度计算公式和本文二维水面计算数学模型，首次提出了丁坝上下游二维水面分段计算方法。
徐晓东[2]2013年在《非淹没正交双体丁坝的水流特性及作用尺度研究》文中提出丁坝群是河道治理中最为广泛使用的河工建筑物之一,研究丁坝群与河流系统的互动关系对丁坝群的科学布置规划和建设以及维护河流的健康生命有着极其重要的现实意义。本文首先回顾了单体丁坝水力学和丁坝群水力学的研究进展,以非淹没的正交双体丁坝为对象进行水槽试验,从河流动力、丁坝长度和槽蓄水位这叁个因素出发,分析双体丁坝作用区域内的回流长度、水面分布和流速分布随着上述叁个因素变化时的影响规律。据此,提出双体丁坝布置的间距阈值概念,并通过量纲分析将双体丁坝布置的间距阈值表示成傅汝德数Fr、相对坝长B/b和渠道宽深比B/h叁者的函数。为了弥补水槽试验中实测数据量不足的缺陷,以RMA2为工具建立了非淹没正交双体丁坝水流的平面二维有限元数学模型。通过水槽实测资料对数学模型进行了率定,进一步进行了若干不同工况组合下的二维水动力模拟,从而得到Fr、B/b和B/h变化时的非淹没正交双体丁坝布置间距阈值的变化规律；在此基础之上,运用多元线性回归分析方法总结出非淹没正交双体丁坝布置的间距阈值的经验公式,然后引入具有较强非线性分析能力的人工神经网络对其作深层次数据分析,获得的计算公式精度更高,泛化能力更好。本论文研究成果对河流的可持续开发和河流的科学管理有着积极的现实意义。
张可[3]2012年在《不同结构型式丁坝水流特性研究》文中指出丁坝是主要的航道整治建筑物之一。修建丁坝可束水归槽,保护岸堤,但也会带来水流分离、回流等一系列复杂的流动现象。研究丁坝对水流的影响规律以及丁坝附近水流的流动结构对于航道整治建筑物的设计具有十分重要的意义。本论文工作是结合交通部西部交通建设科技项目“长江上游航道整治建筑物水毁机理及监测修复技术”而开展的。本论文对现有的丁坝附近水流结构的研究进行了简要的回顾和评述。在结合前人研究成果的基础上,依托长江上游叙渝段航道建设工程,调查统计分析了滩险整治建筑物水毁情况。制作5种不同结构形式的丁坝,分别进行了清水定床水流试验。试验采用DCMS流速系统进行流量控制,采用ADV叁维流速测量仪进行数据采集。通过水槽试验,结合理论分析,研究了不同来流条件和不同结构形式丁坝附近水流水面线、流速、断面比能和紊动特性。绘制了5种不同坝体结构型式其周围水流水面线、流速、断面比能和紊动特性分布图,详细分析了不同坝体结构型式其周围紊动能和紊动强度分布的规律。其中较有创新性的成果主要是：(1)提出坝身横断面采用圆弧形式的丁坝结构型式,试验结果表明同样的水流条件下其水流对丁坝作用程度相对坝身为梯形断面的结构型式较小；(2)首次全面揭示了5种不同结构型式的丁坝周围的叁维紊动强度及紊动能分布情况,阐述了不同坝型之间丁坝周围紊动情况的差别。
杨文君[4]2017年在《缺口丁坝水沙特性研究及工程应用》文中提出丁坝是水利丁程中广泛使用的护岸和航道整治建筑物,但坝头会产生冲刷,严重时导致丁坝水毁。木文对一种新型丁坝结构即缺口丁坝进行研究,缺口丁坝是在传统的丁坝坝体上设置缺口,可有效减小坝头冲刷深度,并可构造丰富的水流结构以满足生态需要。本文依托“福建省自然科学基金”项目将单个缺口丁坝作为研究对象,采用物理模型实验和数值模拟实验相结合的方法研究缺口位置及长度变化对丁坝水沙特性影响规律并且将其应用到实际工程中。(1)丁坝设置缺口后,流场发生改变。缺口丁坝坝后有两个回流区;水流绕过离岸坝段向岸侧坝头、远岸侧坝头和近岸坝段坝头后发生边界层分离,边界层分离的区域存在竖轴漩涡;与无缺口丁坝相比,坝头周围最大流速减小,坝前下潜流范围缩短。(2)随缺口中心位置向岸边靠近,近岸坝段坝后回流区长度缩小,离岸坝段坝后回流区长度增大;缺口和离岸坝段远岸侧坝头周围高流速区的流速无明显差异:缺口的分流比未受明显影响;通过缺口的水流从向主流偏转变为向岸边偏转。随缺口长度增加,近岸坝段和离岸坝段坝后回流区长度缩短;缺口和离岸坝段远岸侧坝头周围高流速区的流速降低;缺口的分流比增大。(3)丁坝设置缺口后,坝头局部冲刷坑深度明显减小,且下游冲刷坑范围缩短。同时,离岸坝段向岸侧坝头、近岸坝段坝头和缺口下游出现冲刷坑。随缺口中心位置向岸边靠近,河床最大冲刷坑深度减小;离岸坝段远岸侧坝头冲刷坑深度亦减小;离岸坝段向岸侧坝头冲刷坑深度先增加后减小;缺口中心位置过于靠近岸边时,缺口下游冲刷坑向岸边延伸。随缺口长度增大,离岸坝段向岸侧、远岸侧坝头和近岸段坝头冲刷坑深度减小且冲刷坑下游范围缩小;当缺口长度小于1/6缺口丁坝坝长时,缺口两侧冲刷坑和缺口下游冲刷坑相连。(4)设计缺口丁坝时,应避免缺口中心位置过于靠近坝跟或坝头,综合考虑丁坝保护堤岸长度与缺口丁坝自身安全的关系,针对可能出现的冲刷破坏做出相应的防护措施。(5)基于缺口丁坝水沙特性研究成果选定缺口 丁坝设计参数,将缺口丁坝应用到闽江南港段。在丁坝群的首丁坝设置缺口后。首丁坝坝头周围流速减小约48%;首丁坝与第二座丁坝内部水流结构发生变化而其后丁坝内部水流结构无明显差异,同时仍具有丁坝群的护岸功能。
张帆[5]2014年在《非恒定流作用下丁坝水沙运动及水毁特征数值模拟》文中指出丁坝是山区河流最常用的航道整治建筑物，由于山区河流坡陡流急，水位变化较大，水毁现象严重，开展非恒定流条件下丁坝水毁及水沙运动仿真模拟，对于提高山区河流航道整治工程规划、设计和管理水平具有重大的理论意义和实用价值。论文重点研究了非恒定流条件下丁坝水沙运动及水毁特征的平面二维数值模拟方法，通过对比分析模拟计算结果，总结出非恒定流条件下丁坝特定的水沙运动规律，并与实际情况对比验证，保证了数值模拟研究方法的科学有效合理性。论文以泥沙运动力学、计算流体动力学等学科理论为根基，在对丁坝水毁特征进行实地考察和理论分析的基础上，结合物理模型试验成果，采用具有水、沙模拟计算功能的MIKE21软件来对非恒定流作用下的丁坝水动力和动床模型进行平面二维数值模拟仿真，探索了非恒定流条件下丁坝水流结构、泥沙冲淤的模拟方法，并取得以下研究结论：1、在有限体积法的基础上，以叁角形非结构网格为单元离散划分的平面二维浅水方程与河床变形方程模型在计算非恒定流条件下的丁坝水沙运动时稳定可靠，该研究方法能够为相应物理模型实验和理论分析提供支撑。2、试验证明与MIKE软件传统的剖分计算方法相比,用SMS软件可以对模型网格进行优化，使网格剖分质量更好，模型计算更稳定；以特定文件为接口使SMS与MIKE相结合的模拟方法可行有效，比传统MIKE模拟方法可以更好的模拟出水槽丁坝地形及其水沙运动特性。3、非恒定流条件下的丁坝水流运动有其特殊规律：全流场范围内大流速主要集中在坝顶和丁坝下游主流区两处位置；坝前流速沿坝轴方向从0开始逐渐增大，在坝长范围内近似线性分布；丁坝附近水流动力轴线上流速呈现先增大后减小的变化规律，最大值位于距离丁坝一定范围内的下游；坝后回流区的产生位置恰好与丁坝下游大流速范围横向对应。4、在非恒定流作用下，丁坝下游流场与水位呈现特殊关系，大流速的位置水位较高，回流区流速小反而水位较低，最低点在回流的漩涡中心。5、非恒定来流对丁坝模型造成的冲刷主要包括：冲刷坑、淤积沙垄、坝头冲刷、坝身塌陷和坝后冲刷5个特点。大洪峰流量造成的河床变形是发生丁坝水毁的重要成因。
周鑫靖[6]2016年在《非淹没双级复式断面丁坝叁维水流特性研究》文中提出双级复式断面丁坝在航道整治工程中应用广泛,但关于其水流特性的研究却鲜有涉及。本文通过水槽试验、数值模拟和理论分析,对非淹没双级复式断面丁坝叁维水流特性进行研究,取得了以下主要研究成果:(1)分析了一级丁坝长度L_(d1)、一级丁坝高度H_(d1)、二级丁坝长度L_(d2)、弗劳德数Fr以及纵、横断面位置变化对纵、横向水面线分布的影响规律;探讨了自由水面高程变化的分布规律,分析了常规单丁坝与双级复式断面丁坝作用下,自由水面高程变化的差异。(2)以数值模拟计算成果为基础,建立了丁坝上游迎水断面平均壅水高度的计算公式,并采用水槽试验实测资料对公式的可靠性进行了验证,结果较为理想;同时基于数模计算结果,推导了丁坝下游回流长度和回流宽度的计算公式。(3)阐述了L_(d1)、H_(d1)、L_(d2)、Fr对表层平面流场和坝轴线断面两级丁坝交汇区的垂线流速分布的作用规律;借助数值模拟计算结果,建立了坝轴线断面阻挡流量计算公式。(4)基于水槽试验实测数据,探讨了Fr、L_(d2)对紊动概率密度、绝对紊动强度σ_(ui)、雷诺应力τ_(ij)和紊动动能E的影响,同时研究了上述4个紊动参数沿纵向、横向和垂向的分布规律。
苏伟[7]2013年在《长江上游丁坝冲刷机理及维护措施研究》文中研究指明丁坝是主要的航道整治建筑物之一。修建丁坝可束水归槽，保护岸堤，增加航深，保证通航。同时也会带来水流分离、回流、紊流等一系列复杂的水流结构变化。研究丁坝的水毁机理并提出相应的维护措施，对于丁坝的设计和维护具有十分重要的意义。本论文依托交通部西部交通建设科技项目“长江上游航道整治建筑物水毁机理及预防监测技术”开展研究。论文对丁坝附近的水流结构以及冲刷机理进行了简要的论述。收集长江上游丁坝整治建筑物资料，对丁坝整治建筑物的水毁情况进行了统计分析，结合已有的研究成果，依托长江上游叙渝段航道建设工程，设计出了5种不同结构型式的丁坝，分别进行了清水动床冲刷试验，对比分析优选出较好的丁坝结构型式。通过模型试验和理论分析相结合的方式，详细论述了不同结构型式丁坝水毁过程，绘制出了冲刷坑深度变化曲线，量测出了各种丁坝的冲刷地形等值线图，同时对冲刷坑的范围进行了全时段跟踪量测，动态的研究丁坝水毁机理。为了维持丁坝整治建筑物的稳定性，设计了砼与浆砌条石压载丁坝和砼块铰链排护面丁坝两种新型坝体。研究提出了防止丁坝水毁的预防措施、监测措施和修复措施。
范蕾[8]2014年在《丁坝群几何参数对支流斜交弯曲干流河道水流的影响》文中提出天然河道中交汇河道很多，，干支交汇河段并非单一形状的直线段，支流在交汇段多呈顺直状，干流河道多呈弯曲状，是一种常见的水流现象。干支水流交汇后，交汇区内水流复杂，紊动性强，水流掺混作用剧烈。支流来水较大时，水流相互作用，对干流河道岸坡造成冲刷破坏，在一定范围内对下游河岸的稳定造成威胁。因此，在支流斜交弯曲干流河道下游堤岸布置护岸工程是十分必要的。护岸工程中，丁坝是最为普遍的一种护岸方式。丁坝附近水流复杂多变，目前为止，对丁坝周围水流流态的研究并没有一套具体而完整的理论基础。实际工程中，河道边界多变，水流结构复杂，影响支流斜交弯曲干流河道水流结构的因素非常之多，其中针对丁坝群几何参数对该河道水流影响的研究甚少。本次实验以丁坝群为护岸方式，在理论学习研究、室内物理模型试验和理论分析的基础上，研究了丁坝群几何参数对支流斜交弯曲干流型河道水流的影响，着重分析了坝长与间距等因素对该段水流的影响。所做的主要工作和研究成果如下：首先，试验通过大量理论研究与文献资料整理，分析支流入汇弯曲干流河道水流水力特性，通过理论分析，在下游凹岸侧采用布置丁坝群为护岸工程。其次，通过物理模型试验，运用Flow Tracker对测量点进行数据采集，整理数据，通过数据处理着重分析了坝长及间距对支流入汇弯曲干流河道水流的影响。最后，通过方案对比，分析了丁坝群几何参数对入汇河道下游水流水力特性的影响，为丁坝群在支流斜交弯曲干流河道的护岸工程提供了重要的参考依据。
曹晓萌[9]2014年在《丁坝群作用尺度理论及累积效应机理研究》文中进行了进一步梳理丁坝是一种常见的涉河建筑物,广泛应用于治河工程、防洪工程、航道整治工程以及河滩围垦工程中。丁坝作为人类施加于河流系统的影响,在一定程度上会对河流系统产生干扰,为了更好地发挥丁坝的各项功能,工程实际中丁坝往往以“群”的形式出现。然而,目前针对丁坝所开展的研究无论是水流特性还是冲刷机理更多地着眼于单体丁坝上下游局部河段范围内对河床或水流的局部影响,而对由一系列丁坝所组成的丁坝群对河床及水流的综合影响和累积影响涉及较少。然而,不同间距下丁坝之间的关联性不同,从而产生的累积影响不同,因此,有必要开展丁坝作用尺度划分的研究。目前,一些涉河工程(如水库、电站、堤坝、人工运河等)的累积影响研究已经开展并取得了一定的研究成果,而丁坝作为其中的一种,关于其累积影响的研究却鲜有涉及。因此,在丁坝作用尺度划分的基础上,开展不同作用尺度之下丁坝群累积效应机理的研究具有一定的学术价值,对认识和评价涉河工程群对河流健康的影响亦有重要的意义。本文首先在浙江大学建工试验大厅开展水槽试验,获得数组丁坝群流场的试验资料,随后,选取叁种不同方法求解N-S方程的紊流模型和两种自由表面处理方法对丁坝群流场进行数值模拟,在综合考虑模拟精度和模拟时间的前提下,分别获得适合非淹没丁坝和淹没丁坝流场模拟的数学模型。在前人研究的基础上,采用数值水槽定性研究非淹没丁坝和淹没丁坝作用尺度的划分准则,并对每种划分准则的优缺点进行定性分析比较,以此建立丁坝群作用尺度概念体系。进一步地,对非淹没双体丁坝和淹没双体丁坝作用尺度进行定量化研究,并在此基础上探讨不同作用尺度之下非淹没丁坝群和淹没丁坝群累积效应机理。论文完成的主要工作和取得的成果如下：(1)在水槽试验获得实测数据资料的基础上,选取叁种紊流模型——标准k-ε模型、雷诺应力模型(RSM)和大涡模拟(LES),并且每种紊流模型之下自由表面边界分别采用刚盖假定和VOF模型两种处理方法,将6种数学模型分别应用于非淹没丁坝群和淹没丁坝群流场模拟中,综合考虑模型计算结果与水槽试验实测数据之间的吻合程度以及模型的计算时间,得出不同研究目的之下非淹没丁坝和淹没丁坝流场数值模拟所适合的紊流模型及自由表面边界条件。(2)根据丁坝流场数值模拟模型优选的结论并结合实际计算条件,确定非淹没丁坝流场数值模拟选用标准k-ε模型和刚盖假定所组成的数学模型,淹没丁坝流场数值模拟选用标准k-ε模型和VOF模型所组成的数学模型,以此作为工具,对不同间距之下非淹没双体丁坝和淹没双体丁坝的流场进行比较分析,提出叁种非淹没丁坝群作用尺度划分准则——基于大尺度涡不相重迭、基于双丁坝断面流速分布相似和基于下游丁坝断面流速分布恢复,通过对叁种划分准则的定性分析比较,分别得出叁种划分准则的优缺点及适用范围；同时,提出一种淹没丁坝群作用尺度划分准则——基于下游丁坝断面流速分布恢复,通过定性分析,得出该划分准则的优缺点及适用范围。(3)通过量纲分析分别获得非淹没双体丁坝和淹没双体丁坝间距阈值的影响因素,并据此拟定数值试验工况；采用数值模拟的手段分别开展非淹没双体丁坝和淹没双体丁坝作用尺度量化研究,得出叁种非淹没丁坝划分准则之下丁坝间距阈值的经验公式,定量比较叁个公式的计算结果发现,基于大尺度涡不相重迭划分准则的计算结果偏小,后两者计算结果相当,机理分析表明,后两者本质相同但适用范围差异较大,前者是非淹没丁坝作用尺度判断的必要非充分条件；同时,获得淹没双体丁坝划分准则之下间距阈值的经验公式,并进一步对非淹没双体丁坝和淹没双体丁坝间距阈值进行横向定量比较。(4)最后,以非淹没双体丁坝叁个间距阈值经验公式为基础,分别对叁种作用尺度之下非淹没丁坝群水流结构、水流时均流速以及紊流强度等要素的累积效应机理进行探讨,通过对比分析发现,不同作用尺度之下非淹没丁坝群水流要素的累积效应有所不同,随着相邻丁坝间距增大作用尺度增大,累积影响最先消失的是水流结构,其次是水流时均流速,最后是紊流强度；以淹没双体丁坝间距阈值经验公式为基础,分别对两种作用尺度之下淹没丁坝群水面高度、水流时均流速以及紊流强度等要素的累积效应机理进行探讨,研究发现随着丁坝个数的累加,淹没丁坝群水面高度和水流时均流速的累积变化规律相反并且累积影响同时消失,而紊流强度仍然是其中最难恢复的水流要素。
李子龙[10]2015年在《明渠流条件下丁坝水流特性研究》文中研究指明丁坝结构广泛应用于水利工程中,用以调整水流,护滩固堤,维护优良的水道通航条件。本文针对丁坝局部水流,建立了叁维自由表面水流模型,模型基于非结构网格,采用有限体积法(FVM),湍流模型采用S-A一方程模型。本文首先针对非淹没、正挑单丁坝,开展了系列Fr数条件下的水流模拟。重点分析丁坝周围附近局部流动结构,探讨丁坝坝根处局部涡系时间和空间演化等特征,研究了丁坝下游回流区长度和宽度的变化,分析了河床底部摩擦力线的变化,总结了丁坝引起的剪切流的沿程变化特征。本文然后针对非淹没、正挑双丁坝,开展了系列Fr数条件下的水流模拟。重点分析坝田区内水流结构,探讨上游丁坝坝根处局部涡系的时间和空间演化等特征;讨论了上游和下游丁坝回流区长度和宽度的变化,分析了Fr数对坝田区内水流流态的影响;讨论了河床底部摩擦力线的变化;分析了自由表面附近二维大尺度相干结构(2DLCS)的变化特征;描述了主流区和坝田区之间剪切层的发展,研究了主流区和坝田区之间的物质交换。
参考文献：
[1]. 丁坝水力学特性研究[D]. 李洪. 四川大学. 2003
[2]. 非淹没正交双体丁坝的水流特性及作用尺度研究[D]. 徐晓东. 浙江大学. 2013
[3]. 不同结构型式丁坝水流特性研究[D]. 张可. 重庆交通大学. 2012
[4]. 缺口丁坝水沙特性研究及工程应用[D]. 杨文君. 福州大学. 2017
[5]. 非恒定流作用下丁坝水沙运动及水毁特征数值模拟[D]. 张帆. 重庆交通大学. 2014
[6]. 非淹没双级复式断面丁坝叁维水流特性研究[D]. 周鑫靖. 重庆交通大学. 2016
[7]. 长江上游丁坝冲刷机理及维护措施研究[D]. 苏伟. 重庆交通大学. 2013
[8]. 丁坝群几何参数对支流斜交弯曲干流河道水流的影响[D]. 范蕾. 河北工程大学. 2014
[9]. 丁坝群作用尺度理论及累积效应机理研究[D]. 曹晓萌. 浙江大学. 2014
[10]. 明渠流条件下丁坝水流特性研究[D]. 李子龙. 上海交通大学. 2015