挟沙水流引起底床冲淤变化的数值模拟
支流水沙作用下干流床面冲淤特征试验研究
矩 ｌ Ｌ形 三堰 角 堰
一
、 －ｌ — ＿ Ｊ
本文通过水槽试验方法研究 了在支流来水来沙不同时主
流的 床 面 形 态 的变 化 ， 求 以
口
Ｉ （水方） 芯 Ｌ 布置图 主 流向 甘删 牺 槽 — 缁 Ｌ
初步揭示河道交汇区的冲淤
特性 。
收稿 Ｅ期 ：０ ５０ —９ ｔ ２ ０ —６０ 基金项目： 国家 自然科学基金青年基金资助（０ ０ ０ ２ ５４９ １） 作者简介： 同宦 （９ １ ， 岳西人 ， 刘 １８＿ 安徽 ） 助理工程师 ， 主要从事水力学及 河流动力学研究 ， 电话 ）２ —２ ２ ８ ３８ ０ （ （ Ｏ ７８ ８ ９ ７ —１ ３ 电子信箱 ） ｈａ ｐ ＠ ｌｈｐｙ ｔ
１２ 试验 条件 和方 法 ．
以天然河道交汇处的监测资料 ， 较系统地研究 了交 汇区沉积物搬运和床 面形态 的问题 ， 提出了 ３ 个表
示交汇 区域床面形态 的独立要素， 并得 出 ３ 个独立 要素受控于河道交汇角和主支流流量 比的结论 ； 刘 建新等以嘉陵江与长江交汇段为例 ， 通过原型观测 资料讨论 了输沙率与主支流量 比的关 系； 惠遇 甲等 通过水槽试验研究了嘉陵江
文献标识码 ： Ｂ 中图分类号 ￣ ４ ． ； Ｖ１ ７４ － ＴＶ１９ ２ Ｔ ４ ．
在河道交汇区由于主支流来水来 沙往往 不 同
步， 主支流河床地质也不完全相同， 交汇区及其下游 床面形态在水流和泥沙的共同作用下会呈现不同的
特点。从河道治理及水利工程的开发利用来说 ， 对 交汇区的床面形态进行研究 ， 了解交 汇区的冲淤 对 变化及河床演变具有积极的作用【 。 １ ０ｊ 研究水沙交汇区域泥沙运动规律与河床演变 ， Ｍｏｌ ［ 曾采用 自然河工模型 ， Ｙ型水 沙问题进 ｓｙ ｊ ｅ４ 对 行了研 究 ， 不过 其实验 沙 与床沙均 为 中径 Ｄ如＝ ０ ３ ｍ ．４ｍ 的混合沙 ， 粉沙仅含 １ ％； ｈ ｏｅ ９ ｍｒ …进行 了细颗粒交汇冲刷试验 ； ｅ 【５ Ｂｓ３］ ｔ ， 通过水槽试验 ， 辅
水流对沙滩冲刷过程的数值模拟
5.3 水流对沙滩冲刷过程的数值模拟5.3.1案例简介本案例是对水流冲刷沙滩过程的气固液三相流进行数值模拟，如图5-3-1所示，这是一个简化的二维模型，区域总长度为2000mm，总高度为500mm，下半部为一倾斜的沙子区域。
水流从左上角的100mm高的进口流入，进入区域冲刷沙子，然后从右侧500mm高的出口流出。
通过模拟，可清楚的看到水流对沙滩的冲刷过程，已经气固液三相的分布情况。
图5-3-1 水流冲刷模型5.3.2 Fluent求解计算设置1．启动Fluent-2D（1）双击桌面Fluent14.0图标，进入启动界面。
（2）选中Dimension→2D单选按钮，取消对Display Options下的三个复选按钮的选择。
（3）其它保持默认设置即可，单击OK按钮进入Fluent 14.0主界面窗口。
2．读入并检查网格（1）执行菜单栏中的File→Read→Mesh命令，在弹出的Select File对话框中读入convection.msh二维网格文件。
（2）执行菜单栏中的Mesh→Info→Size命令，得到如图5-3-3所示的模型网格信息：共有14342个节点，28411个网格面，14070个网格单元。
（2）执行菜单栏中的Mesh→Check命令。
反馈信息如图5-3-4所示，可以看到计算域三维坐标的上下限，检查最小体积和最小面积是否为负数。
图5-3-3 网格数量信息图5-3-4 Fluent网格信息3．求解器参数设置（1）单击选择左边workspace中P roblem Setup→General命令，在出现的General 面板中进行求解器的设置。
（2）General面板中，开启重力加速度。
单击选中Gravity复选按钮，Y(m/s2)文本框输入-9.8，Time下选中Transient单选框，其它求解参数保持默认设置，如图5-3-6所示。
图5-3-6求解参数设置（4）单击选择Problem Setup→Model命令，对求解模型进行设置，如图5-3-7所示。
泥沙局部冲淤二维数值模拟仿真
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ｃ ａ ｌ ｅ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ａ ｉ ｒ ｖ ｅ ｒ ｏ ｒ ａ ｎ ｏ ｃ ｅ ａ ｎ ， ａ ｔ ｗ ｏ ｄ ｉ ｍ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ （ ２ 一 Ｄ）ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ －
人结果基本符合 ， 模 型的通用性较好． 该模型可 以应用 于其他形式 的局部 冲淤数值模拟 ， 具有广阔的应用前景． 关键词 ： 局部 冲淤 ； Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ； 自定义 函数 ； 动网格 ；
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６ － ７ ０ ０ ３ ． ２ ０ １ ２ ０ ３ ０ ５ ５
ｉ ｅ ｌ ａ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｎ ｌ ｏ ｃ ａ ｌ ｅ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｎｄ ｄ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈｅ ｒ ｅ ｄｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ＦＬ ＵＥＮＴ ｃ ｏ ｄ ｅ ．Ｔｈｅ ｌｏ ｆ ｗ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｉ ｓ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ａ ｐ ｐｌ ｙ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ ｅ ｑ ｕａ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ．Ｂｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ａ ｕ ｓ ｅ ｒ ｄ ｅ ｉｎｅ ｆ ｄ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｐ ｏ ｒ ｔ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｅ ｍ－ ｂ ｅ ｄ ｄ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ＦＬ ＵＥＮＴ ａ ｎ ｄ ｂ ｅ ｓ ｉ ｄ ｅ ｓ．ｔ ｈ ｅ ｂ ｅ ｄ ｐ ｒ ｏ ｉｌ ｆ ｅ ｉ Ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｕ ｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ａ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｍｅ ｓ ｈ．Ｔｈ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｗｏ ｅ ｘ ． ｐ ｅ ｉｍｅ ｒ ｎ ｔ ｃ ａ ｓ ｅ ｓ ｔ ｏ ｖ ｅ ｉｆ ｒ ｙ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｌｉ ａ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｃ ｏ ｕ ｉｎ ｒ ｇ ｍｏ ｄｅ １ ．Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｒ ｅ ｉ ｎ ａ ｇ ｒ ｅ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈｅ ｐ ｉｏ ｒ ｒ ｒ ｅ ｓ ｕｌ ｔ ｓ．ａ ｎｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｃ ｏ ｕ ｉｎ ｒ ｇ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ Ｓ Ｓ Ｏ ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ａ １ ｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｔ ｍａ ｙ ｂｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｌ ｏ ｃ ａ ｌ ｓ ｃ ｏ ｕｒ ｉ ｎ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ａ ｓ ｅ ｓ ．Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｅ．ｉ ｔ ｈ ａ ｓ ａ ｂｒ ｏ ａ ｄ ａ ｐ ｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： ｌ ｏ ｃ ａ ｌ ｅ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｎｄ ｄｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ；ＦＬ ＵＥＮＴ；ｕ ｓ ｅ ｒ — ｄｅ ｉｎ ｆ ｅ ｄ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｍｅ ｓ ｈ
水库泥沙冲淤分析计算
水库泥沙冲淤分析计算引言：水库是水资源调配、水能利用和洪水防治的重要工程，但是由于水库上游的河流携带大量的泥沙，常常造成水库的冲淤问题。
因此，对水库的泥沙冲淤进行分析和计算，对于合理设计水库以及有效防止泥沙淤积具有重要意义。
一、水库泥沙冲淤分析水库泥沙主要来自上游河流的冲刷、侵蚀和自然沉积等过程。
通过对上游河流的泥沙输沙率、输沙浓度、输沙密度等参数的测量和分析，可以预测水库的泥沙输入量。
2.泥沙输移分析：泥沙在水库中的输移过程是一个复杂的动力学过程。
通过建立泥沙输移模型，考虑水库的流动、湍流、沉积、悬移负荷等因素，可以分析泥沙在水库中的输移规律。
3.水库冲淤分析：水库的冲淤是指由于泥沙的淤积和冲刷作用，导致水库内部水深的变化。
通过对水库的水位和泥沙淤积的监测和分析，可以计算水库的冲淤量。
二、水库泥沙冲淤计算1.泥沙输入计算：根据上游河流的泥沙输沙率和水库上游面积，可以计算出每年输入水库的泥沙量。
泥沙输沙率的计算可以通过现场测量或者借助河流流量和泥沙浓度的关系公式进行计算。
2.泥沙输移计算：根据泥沙输移模型，考虑水库的流动特性、悬移负荷、沉积速率等因素，可以计算出泥沙在水库中的输移量。
输移过程可以采用数值模拟方法，结合实际数据进行计算和验证。
3.冲淤量计算：根据水库的水位和泥沙淤积的测量数据，可以计算出水库的冲淤量。
冲淤量可以通过净淤积量和淤积面积的乘积来计算，也可以通过冲淤前后水位和底床标高的差值来计算。
三、水库泥沙冲淤分析计算的应用水库泥沙冲淤分析计算在水库设计、建设和运营中具有重要的应用价值。
通过对泥沙输入和输移的分析，可以合理设计水库的泥沙过闸设施，有效控制泥沙的进入。
通过对冲淤量的计算，可以及时采取清淤措施，避免泥沙淤积对水库堆养生态环境和水能利用带来的影响。
结论：水库泥沙冲淤分析计算是水库设计和管理的重要内容，通过该分析和计算可以对水库的冲淤问题进行预测和控制，保证水库的正常运行和安全性。
挟沙水流近底流速试验研究及随机相位分析
赚 霞
门、 环水廊道等装置 。 循
供 水 系 统 采 用 循 环 供 水 模 式 ， 大 流 量 为 ６ ０ Ｌ ｓ 试 验 最 ０ ／ 。
流量 为 ４ ． 、０６、５ 、４ ． ／ 和 ５７Ｌ ｓ ６ ４９ ． １８ ３３ ４Ｌ ｓ ２ ／ 。
力 学及 水 动 力学 。
Ｅ－ ｉ ｌ ｑ ｈ ＠ １ ３ ｃ ｒ ｍａｌ ｌ ： ｗｗ ｑ ｈ ６ ．ｏ ｎ
５ ・ ４
人 民 黄 河
２， ０
２ １ 年第 ２期 ０１
概率密度 函数 ： ｐｚ ＝ （） ｅ （） ６
１ ． ６
自相 关 函数 ：
失 、 速 和 含 沙量 分 布 。 与 清 水 相 比 ， 沙 水 流 流 速 分 布 规 律 流 挟
１ ３ 流速 测量 ．
首先在水槽底部均匀铺放 ８ ｍ厚 度的天然 沙（ ０ｃ 粒径 ５～ ２ ０ｍ ， ０ ｍ） 然后放入 清水 ， 通过 加大 系统 的流量 来造 成槽底 泥 沙 的冲刷 ， 增大挟沙水流 含沙量 ， 终建立 一种相对 稳定 的动 最 床平衡 状态 ， 在流 动的稳 定段 设 置 固定测 流断 面及 测流垂 并 线 ， 试断面 为 ４种 不 同弯 道 （ 应顶 冲角度 分别为 ８ ．７ 、 测 对 ３ ８ 。
此， 挟沙水流的流速分布规律成为 了河流动力学 中的重要课题
之一 ， 一直受到学术界 的极大关 注 。Ｊ 。由于近底层水 流流速
在河 口悬 沙 的水 平 输 送 及底 部再 悬 浮 过 程 的 研 究 中非 常 重 要 ， 因此 挟 沙 水 流 近 底 流 速 数 据 的 采 集 至 关 重 要 Ｊ笔 者 采 用 模 ， 型试 验 的方 法 对 挟 沙 水 流 的 近底 流速 特 性 进 行 了研 究 ， 过 测 通
感潮河网区水沙运动的数值模拟
( 5) 当 Qn i ∋0 ( 6) 当
n Qi
< 0 ( 7)
1 B ( S - S * ) = [ B ( S - S * ) ] n+ i
中图分类号 : TV 148+ 1
感潮河网区水沙运动表现出复杂的往复输运特征, 给水沙数值模拟带来了一系列的困难, 主要表现为 : 汊点分流分沙比计算。随着涨、落潮周期性变化, 汊点分流分沙比也随之变 化。如果河网区汊点水流分配计算不准确, 汊点分沙模式欠合理, 将难以保证汊点沙量平衡, 从而可能导致汊点分流分沙计算失稳。 河网区动边界处理。径流来沙和海向来沙在滞流区内 沉积 , 形成沙坎 , 随着潮位的涨落 , 沙坎时隐时显, 形成动边界。动边界模拟涉及沙坎的变形 计算 , 并对整个河网区水沙运动的模拟产生影响。在一维河网计算中若沙坎露出水面则该河段 不过流, 因而需要改变节点数目和删减河段 , 势必要改变河网结构 , 数值处理相当复杂。 ! 河 网区内边界点含沙量的确定。在下游开始落潮时相邻两断面水流的流向相反, 在流向相反的两 断面之间存在内边界点, 该内边界点的含沙量分别为上溯潮流和下泄潮流的 ∀上边界# , 如何 计算内边界的含沙量目前尚无恰当的处理方法。 ∃水流挟沙力公式的选用。对于感潮河网区, 潮流界上下河段具有不同的水沙输运特征, 因此需要解决不同水流挟沙力公式的分区选用以及 切换的问题, 同时还须考虑挟沙力公式中参数随洪潮动力因素的变化。 % 缺乏含沙量边界资料 时的恰当处理。在河道入海口处, 往往缺乏满足模型计算要求的含沙量边界资料, 需要建模者 根据实际情况采用经验关系或有一定理论依据的技术处理。 根据感潮河网区水沙运动特征 , 以东江中下游河网区为对象, 本文尝试建立感潮河网区一 维非恒定流均匀沙水沙数学模型 ( 目前已完善为非均匀沙模型) , 进行河网区水沙运动和河床 变形的数值模拟 , 并在水沙模拟的范围内着重对所建模型应用中值得注意的上述难题及其解决
泥沙局部冲淤二维数值模拟仿真
泥沙局部冲淤二维数值模拟仿真张芝永;拾兵【摘要】为了更好地对河流、海洋的局部冲淤问题进行研究,在FLUENT中通过二次开发建立了泥沙局部冲淤二维数值模型.模型采用标准k-ε紊流模型来计算流场,通过自定义函数功能将泥沙输运模型嵌入到FLUENT中,床面地形的变化采用动网格技术来进行实现.通过2个算例对该模型的可靠性及通用性进行了验证.结果表明,该模型模拟结果与前人结果基本符合,模型的通用性较好.该模型可以应用于其他形式的局部冲淤数值模拟,具有广阔的应用前景.%In order to study the local erosion and deposition in a river or an ocean, a two dimensional (2-D) numerical model on local erosion and deposition is established through the redevelopment in FLUENT code. The flow field is calculated by applying standard equations. By using a user defined function, the sediment transport model is embedded into FLUENT and besides, the bed profile is simulated by utilizing a dynamic mesh. The study used two experiment cases to verify the reliability and universality of the scouring model. The research results show that the predictions from the model are in agreement with the prior results, and the scouring model is so universal that it may be used to simulate local scour in different cases. Therefore, it has a broad application prospect.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2013(034)002【总页数】6页(P145-150)【关键词】局部冲淤;FLUENT;自定义函数;动网格【作者】张芝永;拾兵【作者单位】中国海洋大学工程学院,山东青岛266100【正文语种】中文【中图分类】P751泥沙冲淤是河流、海洋中比较普遍的一种自然现象，在近床面位置存在结构物情况下，床面泥沙运动剧烈，局部地形变化强烈，局部冲淤问题严重.对于此类问题，国内外许多学者主要是通过模型实验手段来进行研究分析，其研究对象主要包括桥墩［1］、丁坝［2-3］、海底管道［4-5］等结构物周围的局部冲淤问题.随着计算机技术的发展，局部冲淤的数值模拟方法越来越引起研究者的重视.Ouillon等［6］采用标准的三维k-ε紊流模型模拟了丁坝周围的流场，并对平整床面时的床面切应力沿河床的分布与最终冲刷坑的床面形态进行了定性比较.彭静等［7］将线性与非线性三维k-ε模型应用于丁坝绕流模拟，并比较了各种模型的模拟效果.Brφrs［8］提出了新的二维冲淤模型采用标准的k-ε紊流模型和同时考虑悬移质和推移质输运，对海底管道局部冲刷过程进行了模拟.Liang和Cheng ［9-10］基于有限差分法发展了一个可以精确地预测海底管道冲刷时间历程的二维模型.Liu［11］利用VOF和动网格技术对水平射流情况下的底床冲淤进行了数值模拟，该模型考虑了水面的变化情况，冲坑变化过程模拟值与试验值吻合较好.韦燕机［12］利用OpenFOAM和动网格技术对桩周局部冲刷进行了三维数值模拟.Zhi-wen Zhu［13］利用网格技术对桥墩冲刷进行了数值模拟，验证了网格较好的地形边界拟合效果.综上所述，以上大部分模型均是通过动网格技术来模拟泥沙的局部冲刷，这说明动网格技术要比其他如两相流技术来模拟泥沙更为准确.但上述模型也存在一些不足，如大部分局部冲淤模拟均是通过非通用计算程序来完成的，这限制了其数值模拟方法的推广.FLUENT是一款目前较为流行的商用CFD软件，它在航空航天，能源、水利、环境等领域得到了广泛的应用，是目前全球功能最强大的计算流体力学商用软件.该软件在水动力计算模块有着广泛的通用性，但该软件并没有利用动网格来计算泥沙冲淤的模块.有鉴于此，作者充分利用FLUENT的二次开发接口，即自定义函数功能，通过C++编写了泥沙输运模块，并将其嵌入到FLUENT中，实现了泥沙局部冲淤的二维数值模拟.1 水动力模型1.1 控制方程水动力模块中，其控制方程为连续性方程和动量方程:式中:ui为流体速度在i方向上的分量;ρ是流体的密度;μ是流体粘度;p是作用在流体微元上的压力;v是流体的运动粘滞系数，Sij是平均应变速率张量.ui'是i方向速度脉动值为雷诺应力张量，vT紊流运动粘滞系数，δij是克罗内克尔符号.1.2 湍流模型对于不可压缩流体且不考虑用户自定义的源项时，标准k-ε模型方程为k方程: ε方程:式中:Gk是由于平均速度梯度引起的湍动能k的产生项;C1ε和 C2ε为经验常数，取 C1ε =1.44，C2ε =1.92;σk和σε分别是与湍动能k和耗散率ε对应的 Prandtl 数，取σk=1.0，σε=1.3.对于床面近底层，采用壁面函数法将壁面上的物理量与湍流核心区求得物理量联系起来.2 泥沙输运模型2.1 推移质输沙模型床面泥沙的起动可以通过临界希尔兹数来确定，其希尔兹数的表达式为式中:τ为床面切应力，ρ为水的密度，g为重力加速度，s为泥沙比重，d50为泥沙中值粒径.水平床面上泥沙临界起动希尔兹数为其中，D*是无量纲泥沙颗粒尺寸，定义为在有坡度的床面上泥沙临界起动希尔兹数按式(10)进行修正［14］:式中:α是砂床面和水平面的坡角，规定上坡为正角，下坡为负角;φ是泥沙的休止角.平面单宽体积输沙率q0由式(11)求得推移质单宽体积输沙率可用下式表示:式中:q0为平面单宽体积输沙率，τ为床面剪应力，τx为床面剪应力x方向分量，h为床面高程，经验系数 C 取值范围为 1.5 ～2.3［8］.2.2 床面变形模型根据输沙平衡，床面高程h的变化可以用冲淤方程表示为式中:p0为床沙孔隙率，qbx为x方向推移质单宽体积输沙率.3 动边界处理方法3.1 动边界处理方法动网格模型可以用来模拟流场形状由于边界运动而随时间改变的问题.其广泛应用于活塞、阀门及柔性体等有运动边界工况的模拟.床面的冲淤变形形式类似于柔性体变形，需要对各个节点的运动情况进行描述.因此本文采用FLUENT的DEFINE_GRID_MOTION宏命令来给出边界节点的运动方式.在床面节点位置更新后，需要对区域内部网格进行调整.FLUENT提供了3种网格更新方式:1)光顺网格法，2)动态层网格法，3)局部网格重画法.非结构化网格比结构化网格更加适用于不规则边界的变形问题，因此本模型采用非结构化网格，其网格更新方法为光顺网格法和局部网格重画法相结合的方式，这2种方法的网格更新效果可见图1.图1为下文算例中水流下坡面处局部网格变化情况.从图中可以看出，在底部边界发生变化后，区域内网格进行重新划分，各区域网格尺寸尺度基本保持不变，靠近下部变形边界的网格仍然比较密集，这对于确保近壁面流场计算的准确性至关重要. 图1 动网格更新效果Fig.1 Mesh deformation3.2 沙滑模型由于泥沙传输的复杂性和与流场相互作用的非线性，在海床高程更新过程中会发生反射，导致网格畸变，造成不存在的冲淤形态和数值的不稳定.为解决此问题，采用Liang提出的沙滑模型［10］:当局部冲淤斜坡角度超过泥沙休止角时，对相应的海床节点进行调节，使冲淤斜坡角等于休止角.4 数值解法及计算流程水动力控制方程及紊流方程使用基于单元中心的有限体积法离散，利用非稳态求解器进行求解，瞬态项采用二阶隐格式，对流项采用二阶迎风差分格式，扩散项采用中心差分格式;压力与速度的耦合使用SIMPLE算法.床面变形方程式(13)通过有限差分法进行离散，其离散后形式为式中:p代表床面节点序号;n为当前时间步;n+1为下一时间步;Δtb为床面更新时间步长.为节省计算时间，流场计算的时间步长和床面更新的时间步长采用不同值，床面更新时间步长Δtb要远大于流场计算时间步长Δtflow.其数值模拟过程可概括为以下几个过程:1)计算多个步长的速度、压力、湍流数及切应力等;2)利用最后一步得到的床面切应力数据，调用泥沙输运模块，计算推移质输沙率和床面高程变化情况;3)采用动网格技术，改变床面节点位置，同时重新调整计算区域内部网格;4)返回步骤1)，重新上面的计算，直至到达指定时间.5 模型验证为验证本文所建模型的可靠性，通过2个算例对其进行了验证.5.1 水渠冲淤Van Rijn［15］对有坡度水渠的水流情况进行了试验研究，李昌良［16］在其基础上又对其冲淤情况进行了进一步的研究.其试验布置方案如图2所示.左边进口平均流速0.51 m/s.水深0.39 m，沙床泥沙平均粒径d50=0.16 mm.在数值模拟中，其计算区域与试验布置相同，左边进口设置为速度入口，右边为自由出流边界，水面边界设置为对称边界.底面边界设置为wall边界，其粗糙度为2.5d50.整个区域采用非结构化网格进行离散.图2 试验布置Fig.2 Layout of experiment图3列出了在初始地形情况下4个垂直断面的流速分布情况，从图中可以看出数值模拟结果与试验结果是较为一致的，这说明了数值模拟中水面采用刚盖假设的合理性，同时为进一步的泥沙冲淤过程研究奠定了基础.图4为不同时段的网格情况及床面地形变化情况，可以发现在床面地形发生变化后，采用光顺网格法和局部网格重画法更新后的非结构化网格很好地拟合了床面地形的变化，在变化过程中，网格的疏密程度也得到了较好的保持.图5给出了3 h后床面冲淤情况.从图中可以看出，在沟内由于水深的增加，水流流速减小，进而导致床面切应力减小，泥沙在此淤积.在水流下坡区域，床面切应力减小，泥沙淤积较为严重，而在水流上坡区域，下游流速加大，床面切应力增大，从而导致该区域冲刷严重.数值结果与前人结果比较一致，准确地反映了沟内床面的变化规律.图3 各断面流速分布情况Fig.3 Velocity distributions at different crossvsections图4 不同时刻网格更新情况Fig.4 Mesh deformation in different time图5 3 h后床面地形Fig.5 Bed profile at t=3.0 h5.2 海底管道局部冲刷本算例对近床面的海底管道局部冲刷的冲刷历程进行详细的分析.Liang在文献［17］中对有间隙海底管道的局部冲刷进行了详细的数值模拟研究.在这里采用其中一计算算例进行了数值计算，算例中管道直径D为10 cm，管道与床面之间垂直距离G为0.5D，来流流速为0.5 m/s，泥沙中值粒径为 0.36 mm，水深 3.5D.选择距管道中心上下游各20D距离的区域为计算区域.左边界为速度进口边界，右边界为自由出流边界，上部边界采用对称边界，下部边界为wall边界(如图6所示).整个区域采用非结构化网格进行离散，在近壁面处和管道周围进行加密.图6 计算区域Fig.6 Computational domain图7 不同时刻x方向流速等值线(单位:m/s)Fig.7 Contours of x veolicity indifferent time(unit:m/s)由于动网格计算耗时较长，本文只模拟了80 min内的床面冲刷过程.图7列出了冲刷过程中，不同时刻的x方向流速分布图，该图同样直观地描述了床面的冲刷变形情况.在t=5 min时，由于初始冲刷阶段间隙内流速较大，管道局部冲刷程度较为严重，管道正下方出现沙坑，下游区域出现沙丘.在t=15 min时，上游冲坑深度加大，下游区沙丘逐渐向下游移动并并且沙丘高度逐渐减小.在t=80 min时，下游沙丘消失，整个过程与实际的冲刷过程规律是较为一致的.从图中还可以发现，管道下游并未出现涡旋脱落现象，这可能是由网格尺度的限制以及启动动网格模型而导致的计算精度下降等原因造成的.而在实际试验中，管后区域是存在涡旋脱落现象的.Liang［17］的研究结果表明，有涡旋脱落时，管道后尾流区范围比较大而且变化比较剧烈，大范围的尾流区使得更多水流通过管道下方孔道流向下游，进而导致近床面流速加大，管下和管后床面切应力也相应增大，同时，涡旋的不断脱落又使得管道下方及后方床面的切应力波动变化，波动幅值有可能会是平均值的数倍.因此，有涡旋释脱落时的冲刷深度要大于无涡旋脱落情况.图8列出了t=80 min时，Liang的模拟结果与本文模拟结果的对比情况.从图中可以看出，管道上游的床面冲刷模拟结果较为接近，管道下游区域床面冲刷模拟结果与Liang的无涡旋脱落时的冲刷结果比较接近，而与有涡旋脱落时的模拟结果则有较大偏差.其原因在于本文模拟过程中并未出现涡旋脱落现象，从而造成管道下方及后方床面切应力计算值偏小，冲刷程度较小.图8 t=80 min时床面地形Fig.8 Bed profile at t=80 min6 结论通过对商用CFD软件FLUENT的二次开发，建立了局部冲淤二维数值模型.该模型的泥沙输运模型通过FLUENT的DEFINE_GRID_MOTION宏命令嵌入，床面边界的冲淤变化利用动网格技术来实现.数值计算的结果表明，泥沙冲淤模型可以比较准确的预测不同条件下泥沙冲淤过程，可用于模拟以推移质输沙为主的二维泥沙冲淤问题，具有广阔的应用前景.但该模型同样存在一些问题，如对于有涡旋脱落时的泥沙冲淤模拟偏差较大以及计算时间过长等问题.这都有待于进一步优化和研究.参考文献:【相关文献】［1］MELVILLE B W.Pier and abutment scour:integrated Approach［J］.Journal of Hydraulic Engineering，1997，123(2):125-136.［2］彭静，河原能久.丁坝群近体流动结构的可视化实验研究［J］.水利学报，2000，31(3):44-47.PENG Jing，YOSHIHISA Kawahara.Visualization of flow structure around submerged 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sediment transport in rivers，estuaries and coastal seas ［M］.Amsterdam:Aqua Publications，1993:1245-1247.［16］李昌良.泥沙运动与底床变形的数值模拟［D］.青岛:中国海洋大学，2008:58-61.LI Changliang.The numerical simulation of sediment transport and bed evolution［D］.Qingdao:Ocean University of China，2008:58-61.［17］LIANG Dongfang，CHENG Liang，YEOW K.Numerical study of the Reynolds-number dependence of two-dimensional scour beneath offshore pipelines in steady currents［J］.Ocean Engineering，2005，32(4):1590-1607.。
波流共同作用下河口泥沙运动及地形演变数值模拟研究进展
波流共同作用下河口泥沙运动及地形演变数值模拟研究进展【摘要】河口区域动力环境复杂，河流动力、海洋动力在此交汇。
波浪、潮流是泥沙运动的主要动力，河口区域泥沙活动剧烈，长期来看影响河口地形发育演变，因此对波流耦合作用下河口泥沙运动及地形演变进行数值模拟具有重要的实用价值及工程意义。
本文介绍了在河口区域波流共同作用数值模拟、在波流共同作用下泥沙运动及地形演变模拟方面的研究进展。
【关键词】波流共同作用；泥沙运动；数值模拟；地形演变河口区域动力环境复杂，河流动力、海洋动力在此交汇，泥沙活动剧烈。
波浪、潮流是泥沙运动的主要动力，“波浪掀沙、潮流输沙”是波流共同作用下的河口泥沙运动的重要机制，在波流作用下泥沙起动、输运、沉积、再悬浮，长期来看影响着河口地形的发育演变。
目前国内外许多地区已开展关于波流共同作用对河口演变影响的研究。
一、国外研究进展Wright（1977，1980）描述并分析了波浪作用下的河口地貌特征及河口沉积过程[1-2]。
Howard N. Southgate（1995）研究了波浪对中到长周期（几周到几十年）地貌演变产生的影响，为分析波序列以及波浪对海床和海滩平面发育演变的影响提供了方法[3]。
Bernabeuet al.（2003）将波浪与潮流耦合，建立了一个模拟海滩剖面地貌变化的模型[4]。
Matthieuet al.（2013）以印度海的马约特岛（Mayotte Islands）为例，关注了无河流注入的海岸的泥沙运移过程和地貌演变特征。
他们通过分析波浪在近岸处能量衰减的特征，研究了地貌对波浪作用的响应[5]。
Saruwatariet al.（2013）在奥克尼群岛（Orkney Islands）应用SWAN模型对波流共同作用下海洋能与电能转化进行研究。
通过改变流的强度，以及相应的波向，分析不同波气候时潮能和波能的变化[6]。
Bola?os et al.（2014）结合实测数据，使用先进的模型对潮控河口进行了对波流共同作用下波场和流场特征的模拟。
海底管道周围局部冲刷数值模拟分析
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图１管道垂直方向受力图
Ｓｔｒｏｕｈａｌ数表示涡脱落的频率。Ｓｔｒｏｕｈａｌ数Ｓ定义为Ｓ产 ＪＤ／Ｕｏ，其中，．为涡的脱落频率，砜为来流流速。图１为竖向方 向管道受力图纵坐标为受力系数，横坐标为时间周期。通过 图ｌ可得到涡脱落周期为Ｔ－－０．０２９ ６ ｓ则其数值模拟得到的 Ｓｔｒｏｕｈａｌ数为０．２２５，在同等的状况下，Ｍａｏ（１９８６）１３１通过实验 得到的Ｓｔｒｏｕｈａｌ数为０．２３，Ｂｒ∥ｒｓ（１９９９）Ｉｌｌ通过数值模拟得到 的Ｓｔｒｏｕｈａｌ数为０．２２６，可见所建模型与实验及数模结果吻 合。图２给出了一个涡脱落周期内管道周围流场变化过程， 可见所建紊流模型能够较好模拟管道后方水流的紊流状态。鲁＋耋：０瓠砂
（２）
式中：毛，，为两个无因次坐标分量；屿”为在第ｘ，ｙ个坐标
方向的无因次速度分量；ｐ为无因次压力；ｆ为时间；Ｒｅ为雷
诺数。当研究流与圆柱的相互作用时，雷诺数Ｒｅ的定义为 Ｒｅ＝ＵＤ／ｔ，，其中Ｕ为水流速度，Ｄ为圆柱直径，ｌ，为水分子粘
性微剪应力科（考＋鲁一弘蠡为无瞰湍流
运动能朋为紊动粘性系数。磊为克罗奈克函数。 由此基本方程构成的方程组并不封闭，本数值模型采用
海底管道周围海床冲刷问题涉及流体力学、泥沙运动 学、工程地质学等多学科。目前国内，有关海底管道的研究多 局限于管道的腐蚀破坏及管道的受力分析，对于海底管道附 近海床冲刷的研究多以试验研究为主，由于模型实验有研究 成本高，模型比尺影响明显等不足，应用受到了一定的限制， 因此相关的数值模型应运而生。在数值模拟方面，由于紊流 剪切流、泥沙输送、床面变化之间复杂的相互作用，目前多以 流单独作用下二维的、床面由均匀无黏性沙构成的理想情况 居多。数值模型可分为势流模型和紊流模型，势流模型可以 比较准确地预测管道下方的最大冲刷深度和管道上游方向 的地形，但是对管道下游方向的缓坡地形却预测得不够准 确。因此势流模型总体上不够准确。因此本文将建立紊流模 型来模拟管道周围流场，采用动网格技术来模拟海床底面变 化，泥沙输运同时考虑悬移质输沙和推移质输沙。
滨海船闸下游引航道泥沙冲淤数值模拟研究
滨海船闸下游引航道泥沙冲淤数值模拟研究◎ 王玲1 花全1 曹岚1 顾俊旺1 韩鹏举2 郝建新21.盐城市港航事业发展中心；2.东南大学交通学院摘 要：为解决滨海船闸下游引航道淤积及靠船墩底部冲刷失稳问题，通过构建Delft3D二维水动力模型，对两种流量下的水流流速、泥沙和冲淤进行验证。
应用构建的数学模型对四种工况下的引航道冲淤进行模拟，结果证明：枯季流量下航道断面整体冲淤变化不大；常水位流量持续时间最长，对河床形态演变有较大作用；废黄河泄洪流的冲刷，影响船闸下游引航道靠船墩底部和下游引航道生态护岸的稳定性。
研究结论可为制定下游引航道工程整治方案提供数据和理论支撑。
关键词：船闸；下游引航道；泥沙；冲淤；数值模拟滨海船闸位于古黄河地涵和大套一站排水闸以东，是连接滨海港区疏港航道，也是沟通苏北灌总渠、通榆河等苏北航道网的主要航线，同时也是滨海县沿海工业园唯一的水运通道、响水南部与滨海北部的一条重要横向航道，承担着滨海港区大宗货物和煤炭等货物的集疏运，见图1。
对服务地方经济发展，助力盐城积极融入长江经济带发展具有重要作用[1]。
研究通过构建Del f t3D二维水动力模型，模拟滨海船闸下游引航道水动力条件，分析研究航段交叉河口水动力特征、泥沙冲淤特点及其影响因素，为研究引航道整治方案提供数据和理论支撑[2]。
1.工程基本资料滨海船闸下游引航道与河流相连接的口门区，受枢纽中泄水建筑物、导航分水建筑物等边界条件的影响，下游口门河道断面放宽，河流流速减小，泥沙淤积，阻碍了船舶航行，同时水流对下游靠船墩产生冲刷，影响靠船墩稳定[3]。
1.1水文特征滨海船闸下游引航道水位资料参考《滨海疏港航道沿线设计水位采用成果表》中地涵下设计洪水位（m）、最高通航水位（m）和最低通航水位（m）数据。
依据《2014-2022年立交工程地涵年引排水量统计表》，得出日均流量平均值选取为6m3/s。
参考《滨海港疏港航道特征水位分析报告》中废黄河洪季水流工况最大流量。
平面二维挟沙力公式系数的确定
ｍｅ ｔ Ｔｈ ｅ ｉ ｎ ａ ｒ ｉ ａ ａ ｉｔ ｒ ｌ ｏ ｌ ｅ ｅ ｐｓｄｍｅ ｔ２ ｐａ ｅｍｏ ｅｓ ｎ ｈ ｅ ｒｂｅ ｎ ． ｅｓｄ ｍｅ ｔｃ ｒｙ ｎ ｃ ｐ ｂｌ ｙｆ ｍｕａｃ ｕｄｄ ｖ ｌ ｅ ｉ ｎ Ｄ ｌｎ ｄ ｌ．ａ ｄｔ ｅｋ ｙｐ ｏ ｌｍ ｉ ｇ ｉ ｏ ｏ ｓ
维普资讯
第 ３ 卷第 ４ ３ 期
２０ ０ ６年 １ ２月
黑
龙
江
水
Hale Waihona Puke 专学报 Ｖｏ ． ３． ． １３ Ｎｏ ４
Ｄｅ ． ２ ０ ｅ ，０ ６
Ｊ ｕｎ ｌ ｆ ｉ ｎ ｊｎ ｄａ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇＣ ｌ ｇ ｏ ｒａ ｏ ｌ ｇｉ ｇＨｙ ｒｕｉ Ｅ ｇｎｅ ｎ ｏｌ ｅ Ｈｅ ｏ ａ ｃ ｉ ｅ
文章 编 号 ：０ ０—９ ３ （０ ６ ０ １０ ８ ３ ２ ０ ）４—０ １ —０ ０１ ３
平 面 二 维 挟 沙 力 公 式 系数 的确 定
王 阳 ， 秦 毅ｂ 王 秋 萍 ，
（ 西安理 工大学 ａ 理学 院 ； ． ． ｂ水利水 电学 院， 西安 ７ ０ ５ ） １０ ４ 摘 要： 水流挟沙能力反映了运动水体所能挟带泥沙的最 大能力 ， 确定水流挟 沙力公式对 于泥沙数学 模型 的发展具有 重要意 义，
Ａｂ ｔａ ｔ Ｓ ｄｍｅ ｔｃ ｒｙｎ ａ ａ ｉｔ ｆｗａ ｅ ｏ ｍｅ ｎ ｈ ｘｍｕ ｃｐ ｂｌ ｙｏ ｔｒｆ ｗ ａｒ ｅ ｉ ｓｒｃ ： ｅ ｉ ｎ ．ａ ｒ ｉ ｃ ｐ ｂ ｌ ｙｏ ｔｒｆ ｗ ａ ｓｔ ｅｍａ ｉ ｍ ａ ａ ｉ ｔ ｆｗａｅ ｌ ｔ ｃｒｙ ｓｄ． ． ｇ ｉ ｌ ｉ ｏ ｏ －
０ 引 言
沙 力 的研 究也 比较 深人 。 张瑞 瑾 整理 了大 量 的长江 、 黄河 资料 ， 合水 结 槽中阻力损 失和脉动流速 的试验成果 。 “ 在 制紊 假 说” 的前 提下 ， 用量 纲分 析 法 ， 到著 名 的水 流挟 运 得 沙 力公 式
采油厂污水罐淹没水射流冲砂数值模拟及现场实验研究
采油厂污水罐淹没水射流冲砂数值模拟及现场实验研究摘要:采油厂开采处于中后期的油井，采出的原油携带泥沙较多，致使污水罐底部积累大量油泥，采油罐有效容积减小。
传统人工清罐方式操作强度大、费用高、周期长、安全系数低。
为此研究一种淹没水射流冲砂清洗方法，通过该方法对淹没水射流进行理论分析，并利用 Fluent 进行了淹没水射流喷嘴的流场仿真，对喷嘴的类型、直径、收缩角和长径比进行优选。
仿真及现场实验结果证明该方法清洗效果良好，冲砂距离较大。
实验的成功为淹没水射流整体装置开发提供了有力的支撑。
关键词：污水罐；淹没水射流；喷嘴；Fluent引言本文研究的射流形式是利用增压泵加压后的水流冲击油泥的射流的过程，通过对淹没水射流喷嘴的理论化分析，同时采用模拟仿真对喷嘴的实验参数进行了确定。
根据理论分析及仿真分析形成喷头的图纸，并经机床加工喷头及淹没水射流装置，孤东采油厂进行了冲砂实验，通过声呐测深仪获取了实验数据结果，得出符合工况的最佳喷头参数。
1.理论分析喷嘴为常见的锥直型结构，考虑其本身具有极好的对称性，故可将计算简化为二维数学模型问题进行求解。
根据机械能守恒原理，忽略喷嘴出入口两点间的高度差，由伯努利方程可推导出式(1-1)，同时射流流动满足连续性方程:(1-1)(1-2)式中:喷嘴入口截面压强 ;喷嘴出口截面压强；喷嘴入口截面平均流速；喷嘴出口截面平均流速；喷嘴入口截面面积；喷嘴出口截面面积 ;水体密度。
因整个喷嘴内部结构均为圆管形，故由式(1-1)、(1-2)可推导出:(1-3)式中；喷嘴入口直径 ;喷嘴出口直径 ;水体密度设为，且淹没环境下(水深 )的围压不足，远小于射流泵压，故计算中可忽略的影响。
针对喷嘴结构尺寸而言，数值太小(约等于0)。
故可简化得到喷嘴出口射流冲击速度的理论计算公式:(1-4)己知射流速度，可由计算处射流流量，即射流流量等于射流出口速度乘以喷嘴出口截面积，即：(1-5)理论射流流量。
小浪底水库水沙调控对淤积形态影响的数值模拟
小浪底水库水沙调控对淤积形态影响的数值模拟作者：假冬冬江恩慧王远见邵学军来源：《人民黄河》2022年第02期摘要：水库淤积形态是影响水沙调节效率的一项关键因素。
为优化水库调度方式，采用考虑细颗粒淤积物流动特性的水库淤积形态数值模型，开展了小浪底水库淤积形态对水沙调控响应的模拟分析工作。
研究结果表明：三角洲形态及顶点位置随着水库的运行调控而发生变化，三角洲顶点附近顶坡段的冲淤调整和水库运行低水位与三角洲顶点高程之间存在较明显的关联性，当水库低水位低于三角洲顶点高程时三角洲顶坡段出现冲刷，当水库低水位高于三角洲顶点高程时三角洲顶坡段出现淤积;淤积形态为同等淤积量的锥体时，库区上段受河道边界影响有冲有淤，中下段库区淤积明显，且淤积量较三角洲淤积形态的大;考虑人工清淤措施时，清淤量与水库淤积总量相比占比非常小，因此淤积形态总体变化与不考虑人工清淤时基本类似，仅在清淤疏浚部位及附近局部河段有一定变化。
关键词：淤积形态;水沙调控;数值模拟;小浪底水库中图分类号：TV856;TV882.1文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2022.02.007引用格式：假冬冬，江恩慧，王远见，等.小浪底水库水沙调控对淤积形态影响的数值模拟[J].人民黄河，2022，44（2）：32-35，44.Abstract： Sedimentation pattern is one of the critical factors， which has great impact on the efficiency of water and sediment regulation in reservoirs. In order to improve the reservoir operation， the responses of sedimentation patterns of the Xiaolangdi Reservoir to water and sediment regulation were simulated by a mathematical model considering the effect of fine-grained sediment deposits movement. The simulation results indicate that the delta sedimentation pattern is adjusted during the process of reservoir operation. The variation pattern of the top of the delta depends on the relationship between the lowest water level of reservoir operation and the top elevation of the delta. Erosion occurs when the lowest water level is lower than the elevation of delta top， otherwise deposition will be occurred. Compared with the delta deposition morphology， the sedimentation volume of cone deposition morphology is larger with the same method of water and sediment regulation. The variation of sedimentation pattern considering dredging in the vicinity of the top of the delta is very small， except for the location of dredging.Key words： sedimentation pattern;water and sediment regulation;numericalsimulation;Xiaolangdi Reservoir基于水庫枢纽工程的水沙关系调节，是保障黄河长久安澜的重要手段，而水库淤积形态则是影响水沙调节效率的一项关键因素。
挟沙水流床面冲刷深度试验研究
挟沙水流床面冲刷深度试验研究
田明武;刘艺平;王强;聂锐华
【期刊名称】《人民长江》
【年(卷),期】2016(000)003
【摘要】在清水冲刷粗化层极限冲刷深度研究的基础上，结合室内概化水槽试验，探讨了挟沙水流床面冲刷问题。
不同来沙条件下床面冲刷深度水槽试验观测成果表明，随着上游单宽加沙率的增加，挟沙水流床面冲刷深度减小，挟沙水流相对冲刷深度与相对来沙条件呈线性变化趋势。
参考爱因斯坦推移质输沙率公式，建立了一个能够综合反映来水来沙条件以及床面条件的床面冲刷深度计算公式。
该公式计算值与试验实测值吻合良好。
【总页数】3页(P76-78)
【作者】田明武;刘艺平;王强;聂锐华
【作者单位】四川水利职业技术学院，四川成都611231;四川水利职业技术学院，四川成都611231; 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川
成都610065;四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川成都610065;四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川成都610065
【正文语种】中文
【中图分类】TV142
【相关文献】
1.溶解性物质对粘性泥沙挟沙水流运动规律影响的试验研究 [J], 鲁胜
2.挟沙水流近底流速试验研究及随机相位分析 [J], 刘丽;陈洪凯;何光春
3.明渠挟沙水流中悬移质的床面平衡浓度 [J], 钟德钰;张红武
4.弯曲河段床面分形特征及床面阻力试验研究 [J], 江磊;陈立;周银军;闫涛
5.清水冲刷不连续宽级配床面阻力特性及输沙规律试验研究(Ⅰ)——床面阻力特性[J], 魏丽;卢金友;徐海涛
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基于水沙数值模拟的某水库典型洪水过程冲淤特性研究
基于水沙数值模拟的某水库典型洪水过程冲淤特性研究刘富强;张晓雷;毛羽;陈浩;韩力球【期刊名称】《华北水利水电学院学报》【年(卷),期】2016(037)005【摘要】汛期洪水过程中的水沙运动规律及河床变形调整特点,对抽水蓄能电站下库库区防淤及电站安全运行十分重要.利用一维水沙数值模拟技术,开展了某抽水蓄能电站下库典型洪水过程的河床变形研究.介绍了MIKE11水动力模块的计算原理与泥沙输移模块的处理方法,构建了库区模型.根据电站对库水位周期性调节的要求,进行了模型参数调试与验证.利用所建模型进行了20年一遇洪水过程的水沙数值模拟,给出了洪水中水力要素的变化、河床的冲淤发展及淤积的沿程分布.结果表明:库区上游有冲有淤,泥沙淤积重心在拦河坝上游600 ～1 500 m的范围内;库区泥沙淤积总量约为18.6万t,排沙比约为11％.同时,研究表明可以通过优化电站运行方式提高水库的排沙比.【总页数】5页(P46-50)【作者】刘富强;张晓雷;毛羽;陈浩;韩力球【作者单位】河南天池抽水蓄能有限公司,河南南阳473000;华北水利水电大学,河南郑州450045;河南天池抽水蓄能有限公司,河南南阳473000;华北水利水电大学,河南郑州450045;华北水利水电大学,河南郑州450045【正文语种】中文【中图分类】TV145+.1【相关文献】1.基于Delft3D的洪水污染物输移过程研究——以钱塘江典型洪水过程为例 [J], 陈琴2.基于二维水沙模型的水库泥沙冲淤特性数值研究 [J], 吐逊江·吾休3.基于洪水过程的黄河下游游荡型河段冲淤特性研究 [J], 孙东坡;张晓雷;王鹏涛;刘明潇;董明家4.基于水沙数值模拟的某水库典型洪水过程冲淤特性研究 [J], 刘富强;张晓雷;毛羽;陈浩;韩力球;5.黄河宁蒙河段近期水沙特性及冲淤过程研究 [J], 岳志春;苑希民;田福昌;张红武因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
平面二维水流泥沙数值模拟
平面二维水流泥沙数值模拟河流泥沙动力学研究。
666水科学进展第13卷22y +U+V=-g- + t+ x y(3)悬移质泥沙扩散方程+U+V= +-(S-S)s*H x yZb = (S-S*)22(4)(5)河床变形方程式中U、V分别为垂线平均流速在x、y方向上的分量;Zs、Zb和H分别为水位、河底高程和水深;g为重力加速度; 为水的密度; y方向上的分量:( x、y分别为底部切应力在x、x; y)=U+V(U;V);C为谢才系数; t为水流紊动粘性系数,由零方程紊流模型确定;S和S*CH 分别为垂线平均含沙量和挟沙力; s为泥沙紊动扩散系数; 为泥沙沉速; 为床沙干容重; 为悬移质泥沙恢复饱和系数。
水流挟沙力和分组挟沙力级配采用李义天方法进行计算。
数值计算定解条件为:进口给定流量、含沙量及级配,出口给定水位。
对固壁边界,取法向流速为0。
初始时刻给出地形、水位、流速和含沙量等物理量的初始值。
2 有限元方程为进行有限元计算,首先需对计算区域进行网格划分。
模型基于波前推进法思想,建立了河道三角形网格自动剖分系统。
即通过编制通用的程序,只需输入少量信息(边界线及地形),便可自动生成充满整个计算域的三角形网格,并配以自动绘图及屏幕显示。
该系统能自动获得网格的节点坐标、高程及单元关联信息,从而解决了有限元计算前处理工作量大的困难。
整个计算域共划分为NE个单元,NP个节点,节点整体编号为i,i=1,2, ,NP。
对水沙方程(1)~(4),用Calerkin加权余量法进行积分,将单元形函数经整理得到如下有限元方程:AijAijdZsjdt=-D1ij(HU)j-D2ij(HV)jdUj xj=-BijUj-gD1ijZsj-Aij- t(Cij+Eij)Ujdt(6)(7)(8)(9)代入积分方程,dVj yjAijdt=-BijVj-gD2ijZsj-Aij- t(Cij+Eij)VjAij其中Aij=B2ijkdSj=-BijSj- Aij[(S-S*)/H]js(Cij+Eij)Sj- dt = dxdy , jkij idxdy, Bij=B1ijkUk+B2ijkVk, B1ijk=Cij= k i jdxdy, i j i jdxdy,+第6期张细兵、殷瑞兰:平面二维水流泥沙数值模拟667D1ij= i jdxdy, D2ij= i jdxdy, Eij= j j idx- idy 为形函数;i、j、k为节点整体编号。
大丰港海域挟沙力关系式分析及应用
大丰港海域挟沙力关系式分析及应用周祥【摘要】基于大丰港附近海域实测水文泥沙资料,对目前国内应用较为广泛的5种挟沙力关系式在大丰港附近海域进行应用计算,在此基础上,采用集中系数法和偏离系数法对计算结果进行对比分析.结果表明:河口水流挟沙力公式能较好地反映大丰港海域的水流挟沙情况,并拟合得到适用于大丰港海域的挟沙力关系式,将该公式应用于大丰港实际围垦工程中,通过建立二维水动力泥沙数学模型,计算得到的围垦后垦区海域年冲淤变化趋势,与数值模拟结果基本相同,表明该公式在大丰港海域具有良好的适用性.%Based on the measured hydrologic and sediment data in Dafeng Port area,we take five widely used sediment carrying capacity formulas to caculate in this area.On this basis,we choose the concentration coefficient and deviation coefficient method to make the comparative analysis of calculation results.The results show that the estuarine sediment carrying capacity formula in Dafeng Port area can reflect the sediment transport, and fit for Dafeng Port area sediment carrying capacity formula.These formulas are applied to calculate the sediment change trend after reclamation in the Dafeng Port reclamation project.The numerical simulation results are basically the same with the calculated ones.The empirical relation in Dafeng Port area has good applicability.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2018(000)003【总页数】6页(P35-40)【关键词】大丰港海域;相关系数;挟沙力;拟合【作者】周祥【作者单位】重庆水利电力职业技术学院,重庆402160【正文语种】中文【中图分类】TV148;U652.3大丰港位于盐城市东南部，为国家一类口岸，是江苏省重点发展的三大沿海港口之一[1]。
浐河桃花潭库区冲淤演变的二维数值模拟
浐河桃花潭库区冲淤演变的二维数值模拟魏炳乾;严培;庞洁;刘洋;周双明;李强【摘要】橡胶坝是一种低水头轻性薄壳柔体挡水建筑物,结构简单、施工方便且造价低廉,修建橡胶坝拦水造湖可形成景观水面,但立坝运行会造成库区床面的泥沙淤积,因此遵循河床演变规律,合理运行橡胶坝,可保持库区长期可利用库容.采用MIKE 软件模拟桃花潭库区10年水沙条件下的河床演变,综合考察桃花潭河段水流流场、床面淤积厚度、河床比降以及纵断面形态的变化.结果表明:桃花潭河段的冲淤平衡年限约为7年,平衡后主河道淤积较为严重;冲淤平衡后河床纵断面在展宽段呈向上凸起的河床形态;基于桃花潭河段的几何特性、来水来沙条件和由宽入窄的壅水作用,进入该河段的含沙水流会因河道突然展宽,水流挟沙力与水流动能减小,导致泥沙更易淤积,造成床面抬升和洪水位的抬高.【期刊名称】《水利水运工程学报》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】8页(P30-37)【关键词】橡胶坝;数值模拟;河床演变;淤积厚度;河床比降;平衡年限【作者】魏炳乾;严培;庞洁;刘洋;周双明;李强【作者单位】西安理工大学水利水电学院,陕西西安710048;西安理工大学水利水电学院,陕西西安710048;西安理工大学水利水电学院,陕西西安710048;江西省水利规划设计院,江西南昌330029;西安理工大学水利水电学院,陕西西安710048;西安理工大学水利水电学院,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TV133.1魏炳乾，严培，庞洁，等.浐河桃花潭库区冲淤演变的二维数值模拟［J］.水利水运工程学报，2015（5）：30－37.（WEIBing⁃qian，YAN Pei，PANG Jie，et al.Two⁃dimensionl numerical simulation of riverbed evolution of Taohuatan in the Chan River［J］. Hydro⁃Science and Engineering，2015（5）：30－37.）浐河和灞河环绕地区的最大亮点当属浐灞生态区，其中桃花潭滨水公园是浐河河道穿越城市的唯一拓宽段，也是自然与人文相融合的湿地景观。
舟山册子岛_镇海海底管道附近海床冲淤数值模拟研究_朱府
第３２卷 第１期２ ０ １ ４年３月海 洋 学 研 究ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＭＡＲＩＮＥ ＳＣＩＥＮＣＥＳＶｏｌ．３２ Ｎｏ．１Ｍａｒ．，２ ０ １ ４朱府，叶银灿，黄潘阳，等．舟山册子岛—镇海海底管道附近海床冲淤数值模拟研究［Ｊ］．海洋学研究，２０１４，３２（１）：７４－８１，ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－９０９Ｘ．２０１４．０１．００９．ＺＨＵ Ｆｕ，ＹＥ Ｙｉｎ－ｃａｎ，ＨＵＡＮＧ Ｐａｎ－ｙａｎｇ，ｅｔ ａｌ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｓｃｏｕｒｉｎｇ ａｎｄ ｓｉｌｔｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅａｆｌｏｏｒ ｗｉｔｈ ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅｆｒｏｍ Ｃｅｚｉ Ｉｓｌａｎｄ ｔｏ Ｚｈｅｎｈａｉ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｒｉｎｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，２０１４，３２（１）：７４－８１，ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－９０９Ｘ．２０１４．０１．００９．收稿日期：２０１３－１１－２０ 修回日期：２０１４－０３－０３基金项目：国家海洋局青年海洋科学基金项目资助（２０１１３２４）；国家海洋局第二海洋研究所科研业务费专项项目资助（ＳＪ１３０７）作者简介：朱府（１９８７－），男，浙江温州市人，主要从事海洋灾害与工程安全方面的研究。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｆ５１５６２４８４５＠１６３．ｃｏｍ舟山册子岛－镇海海底管道附近海床冲淤数值模拟研究朱 府，叶银灿，黄潘阳，刘杜娟（国家海洋局第二海洋研究所工程海洋学重点实验室，浙江杭州 ３１００１２）摘 要：舟山册子岛－镇海段海底原油管道连续多年监测数据显示，局部海床冲刷较为严重，管道多处裸露、悬空，对工程安全构成威胁。
基于Ｄｅｌｆｔ３Ｄ建立杭州湾口二维水流泥沙数学模型，并利用实测潮位、流速、流向及悬沙质量浓度资料对模型进行率定与验证，进而模拟分析近年来人为开发活动对海底管道附近海床冲淤变化的影响。
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沙运 动 领 域 ． 二 相 流 概 念 简 化 自 由水 面 边 界 条 件 ． 拟 悬 沙 、 沙 和 底 床 变 形 ； 用 固定 的 笛 卡 尔 坐 标 ， 需 重 新 划 分 计 以 模 底 采 不 算 网格 ． 方 便 地 处 理 流 体 一 泥 沙 一 结 构 之 间 的 相 互 作 用 ： 以 含 沙 水 流 穿 越 航 道 挖 槽 的 落 淤 和 在 水 流 作 用 下 管 线 基 础 可 并
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局 部 冲刷 为 应 用 实 例 ． 证 其 合 理 性 针 对 床 面 变 形 过 程 中 可 能 出 现 泥 沙 坡 面 大 于 泥 沙 休 止 角 ， 而 引 发 滑 坡 的情 况 ， 验 进 建 议 以虚 拟 时 间法 进 行 相 应 处 理 关键 词 ： 沙 水 流 ； 向二 维 数 学 模 型 ； 沙 ； 沙 ； 面 变 形 挟 垂 悬 底 床
（ ． ｎ ｒ ｏ ａ ｈ ｍａ ｉａ ｏ ｅｉ ｇ ａ ｄ Ｆ ｏ Ａｎ ｌｓｓ Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｆＣｏ ｕ ｉｇ ａ ｄ Ｍ ａｈ ｍａ ｉｓ １Ｃｅ ｔｅｆ ｒＭ ｔ ｅ ｔ ｌ ｃ Ｍ ｄ ｌ ｎ ｌ ｗ ａｙ ｉ， ｐ ｒｍｅ ｔｏ ｍｐ ｔｎ ｎ ｔ ｅ ｔ ， ｎ ｃ
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中 图分 类 号 ： Ｖ１ ９２： ７ ７ １ ｒ ４ ． Ｐ ３ ．４ ｒ 文献 标 志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０４ ９ ９ ２ １ ）１ ０ ０ — ５ １ ０ — ５ ２（ ０ １ ０ — ０ ５ ０
Ｎｕ ｍｅ ｉａ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｄ Ｓ ｏ ｒ ｎ ｎ ｉ ｉ ｇ Ｉ ｄ ｃ ｄ ｂ ａ ｅ ｌ ｗ ｒｃ ｌＳ ｍ ｌ ｔ ｎ Ｂｅ ｃ ｕ ｉ ｇ ａ ｄ Ｓ ｌ ｎ ｎ ｕ ｅ ｙ Ｗ ｔ ｒ Ｆ ｏ ｏ ｔ ｗｉｈ Ｓ ｓ ｅ ｄ ｄ Ｓ ｌ ｔ ｕ ｐ ｎ ｅ ｉ ｔ Ｇｕ Ｈａ ｂ ｎ ， Ｌ ｎ ａ Ｄ． Ｃａ ｓ ｎ ， Ｌ ｎ Ｐ ｎ ｚ ｉ ｎ ｉ ｉ Ｙａ ｂ ｏ ， Ｍ． ｕ ｏ ， ｉ ｅ ｇ ｈ ０ 一
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第 ４ 卷 第 １ ８ 期 ２ １ 年 ２月 总第 １ ８期 ０１ ９
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挟 沙水 流 引起 底 床 冲 淤 变 化 的数 值 模 拟
摘 要 ： 模型为垂向二维数学模 型 ， 本 以修 正 的 Ｎ Ｓ方 程 为 基 础 ， 用 粒 子 Ｌ ｖ ｌ ｅ 方 法 和 对 流 扩 散 方 程 分 别 模 拟 自由 水 面 采 ｅｅ Ｓｔ 和悬 沙 运 动 ． 据 底 床 物 质 质 量 平 衡 的 原 则 计 算 底 床 变 形 ， 根 可模 拟水 流 引 起 的 底 床 冲 淤 变 化 。该 模 型 将 水 流 模 型 扩 展 到 泥