U形弯道水流实验及其数值模拟探究
直角弯管流道流场的数值模拟与分析许同乐
终得到的数值解应该满足网格无关性要求 。本文将 流动区域网格划分为 456 个单元 , 575 个总体节点 , 如图2 所示。
图 1 直角弯管管道的结构简图
图 2 流动区 域剖分
给定进口速度 v =8 m/ s , 出口压力 p =10.02 MPa , 运动粘度取 ν=30 ×10-6 m2/ s , 进口直径 d =12 mm , 则雷诺数为
分析图 3 和图 4 可以看出 , 由于流线是 1 条瞬 时光滑曲线 , 它不能转折 , 也不能相交 , 所以在流 道的直角拐弯处就形成涡旋 , 并且由于流体流动存 在惯性 , 在铅直方向的流道上还存在流动的分离和 附壁现象 , 从而产生流动的能量损失和流体噪声 。 根据可视化结果 , 可以分析确 定在某一结构 尺寸 下 , 流体流动时所产生涡旋的大小和位置 , 可据此 选择合适的管道长 度 , 减少涡 旋对流体流动 的影 响。从图 5 可以看出压力分布情况 , 入口压力较 大 ;由于存在局部阻力损失和沿程阻力损失 , 出口 压力减小 。
1 引言
在液压系统中存在着各种流道 , 简单的流道如 长直管 , 复杂的流道如分岔管 、 直角弯管 、 节流流 道 、 突扩管等 。 当流体在这些管道内流动时 , 会产 生 2 种能量损失 :一种是由于流体的粘性和管道粗 糙而引起的沿程能 量损失 , 另 一种是由于局 部障 碍 , 如分岔管分岔处 、 直角弯管的弯头 、 阀门等处 产生的局部能量损失 。由于流线本身所具有的特殊 性质 , 使得流体在流经这些局部障碍处时 , 会产生 流动的分离和再附现象 。 流动的分离会引起涡旋 , 从而引起压力降和能量损失 。
与雷诺数之间的关系 。
参 考 文 献 1 傅德薰 , 马延文 .计算流体力学 .北京 :高等教 育出版
受植被影响的弯曲渠道水流平面二维湍流数值模拟
水利学报
第 卷第期
受植被影响的弯曲渠道水流平面二维湍流数值模拟
张明亮 沈永明 朱兰燕
大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室 辽宁 大连 香港理工大学 土木与结构工程系 香港
摘要 针对受植被影响的渠道水流流动特征 建立了有植被作用下的曲线坐标平面二维 双方程湍流数学模型
模型采用两种方法处理植被对水流的影响 拖曳力法和等效阻力系数法 并通过对实验室局部带有刚性植被的弯
表 植物排列形式
图 实验水槽平面
工况
无植物 内岸 外岸
内岸和外岸
植物排列
至 至
至 至
图 实验水槽植物排列位置
图 图 分别给出了工况
各个测量断面的速度对比 计算中使用了拖曳力方法及等
效阻力系数法两种方法处理植被拖曳力对水流的影响 并将两种方法的计算结果和实测值及无植被的
计算速度进行分析比较 由图 图 可以看出 种植植物后 由于植物对水流的影响 使得植被区域
方程
连续 动量 动量
紊流动能
紊流动能耗散率
式中
?
?
和 分别为笛卡儿坐标下 和 方向的深度平均流速
分量 和 分别为深度平均的紊动动能和紊动动能耗散率 为水位 为河床高程 为分子运动黏
性系数 为漩涡运动黏性系数 为有效黏性系数
为植物对水流的拖曳力 为深度平均摩
阻流速 为湍流动能产生项 为重力加速度
为深度平均的湍流动能产生 耗散项
中图分类号
文献标识码
研究背景
自然界的明渠中常常生长有植物 此类涉及植被特性等因素的明渠被称为环境明渠 一方面沿河
及滩地上的植被有着很大的危害 植被生长后 增加了水流阻力 增大糙率 减小流速 缩窄河槽过水断
导流弯管数值模拟分析
在化工行业 中经常会用弯管来 改变流 体 的流 动方 向 ，从而 完成 流体的输送 。当流体 以一定 的流速流 经管道 拐弯处 ，受到
管道 弯曲的限制就会改变流动方 向 ，在弯管 的壁面 附近形 成分 离 区 ，在管道横截面上产生二次 流动 ，这样 的二次 流不仅 会造 成 流体能量的损失 ，而且形成 的局部 阻碍 区域 也使 流动系 统 的 阻力增大 。流体流经弯管时 ，弯管 的内侧速度 大压力 低 ，外
摘 要 ：以商用软件 Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ为平台，对带双导流片及折流片的弯管内流体流动进行数值模拟计算 ，分析弯管内流体的速
度云 图及 出口截 面直径方 向上的速度变化 ，据此判断导流措施 对弯管 流体流 动特性 的改善效果 ，计算 结果 表明 ：双导流 片能较好 的调节弯管 内的流速 ，使弯管 内及其 出 口流体流速均处 于一较 均衡 的状态 。
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ：Ｂｙ ｎ ｕｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｌｕ ｆ ｉ ｄ ｌｏ ｆ ｗ ｔ ｕ ｂｅ ｗｉ ｔ ｈ ｄ ｏ ｕ ｂ ｌ ｅ ｄ ｅ ｌ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ａ ｎ ｄ ｂ ａ ｆ ｌｅ ｆ ｓ ｉ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ，ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｇ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｎ ｔ ｈｅ ｆ ｌ ｏ ｗ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｌｕ ｆ ｉ ｄ ｄ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｓ ｏ ｆ ｅ ｌ ｂｏ ｗ ｗａ ｓ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ，ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｄ ｅ ｐｅ ｎ ｄ ｅ ｄ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｉ ｎ ｇ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ｃ ｏ ｎ ｔ ｏ ｕ ｒ ａ ｎｄ ｏ ｕ ｔ ｌ ｅ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｉ ｐ ｅ ｄ ｉ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｌ ｆ ｕｉ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ：ｅ ｌ ｂ ｏ ｗ；ｉ ｎ ｄ ｕｃ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ；ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
弯道水力学研究现状与进展
， ， 为垂线平均流速 ， 为某点距 曲率中心半径， Ｃ
实践检验表明 ，罗索夫斯基公式在粗糙床面情况下 ，横 比降略偏小 ；而张红武公式无论床面粗糙或光滑 ，
横比降计算值与实测值的偏差均较小． 王平义 认为弯道中凹岸区水流结构较 凸岸区水流结构更复杂 ，故凹岸区和 凸岸区的流速分布不ｆ ，从而 — Ｊ
曲线运动 的弯道水流 ，在重力及离心力的共同作用下 ，将产生特有的运动特性 ，主要表现在水面横 比降 、
横 向环流、流速重分布等现象． 下面对以上几个各方面国内外的研究成果分别进行介绍． （ １ ）水面横比降 当水流由直段进人弯段后 ，由于惯性离心力的作用而使弯道的径向自由水面从 凸岸向凹岸逐渐升高 ，形成 具有一定倾斜角度的横比降 ． 由实验可知 ，最大横比降出现在紧靠弯顶断面的附近． 随着流程的增加 ， 比 横 降逐渐减小 ，直至：道 出Ｅ断面 ，出Ｅ横断面比降 仍有一定数值 ，但在出Ｅ处 却很小 ，出弯段后迅速消 弯 ｌ ｌ ｌ
１ 弯道缓流的理论
水流中存在着层流和紊流两种流动状态． 严格地说 ，自然界的水流都是紊流 ，在多数工程问题 中，流体 的 流动往往处于紊流状态 ，紊动特性在工程中占有重要地位． 紊流的基本特征是许许多多大小不等 的涡体相互掺
混着前进 ， 它们的位置 、形态和流速时刻不断的变化着． 明渠弯道 中的紊流问题 ， 早已引起学者们的注意．８６ １７ 年Ｊ ・ 汤姆逊【 Ｊ １ 首先通过实验的方法发现了弯道横向环流现象， 并给 出了正确的物理解释 ． 在此之前 ， ・ Ｔ布辛涅斯
形成不ｌ 的水面横 比降，因此 ，应分别导出弯道 凹岸区和凸岸区的水面横比降公式． 二 Ｊ
刘焕芳 从弯道水面横比降沿程变化规律的半经验公式入手 ，提 出了弯道水面超高沿程分布 ，弯道水面纵
弯道水流实验
实验一弯道水流实验1. 实验目的要求弯道是平原河流中最常见的局部河段。
弯曲性河流就是由一个个反向河湾与直段连接而成，分汊河流的个别汊道也常常发展为弯道，甚至顺直型河流在枯水季节的河槽也具有弯曲的形状，弯道水流的特征与相应的泥沙运动、河床演变等密切相关。
（1）观察弯道上的水流情况，增加对弯道环流的认识；（2）了解弯道水流的纵、横向流速分布规律（3）弯道水面纵、横向比降及凹岸水面超高值的沿程变化规律2. 实验仪器设备（1）180度道水槽（2）流速仪，带刻度可测流向的活动测针架，水位测针，钢卷尺。
（3）模型沙、高锰酸钾，木屑等示综剂。
3.实验准备（1）启动供水系统，调节进水流量及弯道水槽尾门水位，使实验段水流平稳，水深控制在15—20cm之间；（2）布置测量断面及测点位置：在弯道内布设0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°等七个测量断面，在弯道槽上、下游直段上分别布设一个测量断面。
（3）放好测架，安装好流速仪及水位测针。
4. 实验步骤（1）在各个测量断面上两侧（测点距槽壁各5cm）和中轴线上用活动测针测量水面高程。
（2）使用流速仪以三点法测量弯道0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°等七个测量断面的流速与流向。
测量垂线的布置与测量水面高程时相同。
（3）在水面施放木屑及高锰酸钾等示踪剂、床面施放模型沙，观察弯道水流水面、水流内部水质点运动轨迹以及弯道床面推移质泥沙的运动情况。
5. 实验注意事项（1）弯道水流是典型的三维水流，实验室应注意观察水流及示踪剂、模型沙的运动情况。
（2）测弯道不同断面流速时要及时调整，保持流速仪测桨轴向与测点水流流向一致。
（3）若采用沿流程安装的固定水位测针测量水面高程时，应先按统一的基准面确定各测针零点高程。
弯道河段水流流态试验研究
进行无量纲化’５ｊ。
回地下水库
图１模型平面总体布置（单位：ｍ）
收稿日期：２００８一０５—２８ 作者简介：刘健，女，沈阳农业大学水利学院，硕士研究生。
万方数据
８２
人 民 长江
２００８年
区，水位达到最高后，受惯性作用的影响，又有降低趋势，这时水
２０￡
道水面呈现扭曲的水面形态，从而导致了弯道水流结构的调整
１：Ｓ
和流速的重新分布。弯道水位等值线见图６。
图２流速空间网格布置（单位：ｍｍ）
Ｌ！！，ｌ 图３流速平面网格布置（单位：ｍｍ）
盯
［工二［工工］ Ｚ；２ｌｃ“
Ｚ＝１６ｃｏ
卜＋—卜＋＋＿｜ ｛，＿１ｌｃ”
２｜｜６ｃ… Ｚ＝ｌｃｍ
广Ｔ—广Ｔ Ｔ］
万方数据
２．２河段横向环流分布 横向环流是在弯道处形成特殊水流现象的决定因素，弯道
水流是三维水流，水流在垂直方向存在径向压力梯度，但是表层 水流和底层水流的向心加速度是不同的。通常表层水流的向心 加速度大于底层水流的向心加速度，因为表层水流的速度大于 底层水流的速度，这样，表层水流趋向于向外运动，而底层水流 则向内运动，靠近河岸处将形成平衡性垂向流速分量，该流速分 量的方向在凸岸向上，在凹岸向下，从而形成了对河床断面产生 很大影响的环流，也就是所谓的弯道螺旋流。
从图９中可以看出，在弯道进口附近，纵向紊动强度较大， 尤其是在弯道进口靠近凸岸处，是紊动强度紊动的核心区，紊动 强度有最大值；同样在弯道出口处，靠近凸岸处同样存在一个纵 向紊动的核心区域，该区域的紊动强度虽为负值，但其绝对值比 附近区域的值要大。
图７河段平面流线分布
弯道取水口表层水流速度场数值模拟
GU Pan， MOU Xian － you， ZHANG Wan － feng， ZHENG Yong － peng
（ College of Water Conservancy and Civil Engineering，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010018，China）
通过速度云 图 可 以 直 观 看 出，引 水 渠 内 流 速 较 大，无需担心泥沙淤积问题，但在取水口处流速相对 较低，并且流场状态复杂，应特别注意泥沙淤积。同 时，引水渠与主河道相交处（ 图 3 中方框所示） ，流速 变化剧烈，不 利 于 工 程 维 护，应 适 当 进 行 优 化，尽 量 使边线过渡平缓。
参 考 文 献：
［1］ 周素真，马有国，田治宗等． 弯道环流及其在取水防沙 中的应用〔J〕． 农田水利与小水电，1993（ 2） ： 34 － 38．
［2］ 王庆，郭德发． 新疆人工弯道式引水枢纽的设计与运 行〔J〕． 人民长江，2004，35（ 1） ： 74 － 77．
［3］ 张黎，张鹤． 分流对弯道水流水力特性影响的试验研 究〔J〕． 吉林水利，2009（ 6） ： 53 － 56．
Abstract： According to the physical model，3D ultrasonic current － meter is utilized in this paper to measure three － dimensional flow structure directly under different conditions near water intake． Numerical simulation of the two dimension flow has been simulated by using standard turbulent model． Comprehesive analysis，the velocity at the water intake change rapidly． The velocity at the downsteam of water intake significantly reduced． Key words： artificial bend； water intake； numerical simulation
连续两弯水流特性的数值模拟研究_胡旭跃
第２７卷 第３期
交 通 科 学 与 工 程
Ｖｏｌ．２７ Ｎｏ．３
２ ０ １ １年 ９月
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＲＡＮＳＰＯＲＴ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｓｅｐ． ２０１１
项 目 （０９Ａ００４） 作 者 简 介 ：胡 旭 跃 （１９６２－ ），男 ，长 沙 理 工 大 学 教 授 ，博 士 生 导 师 ．
第３期
胡 旭 跃 ，等 ：连 续 两 弯 水 流 特 性 的 数 值 模 拟 研 究
５５
旋流以来［１］，根 据 不 同 的 研 究 目 的，国 内、外 学 者 对弯曲河道 水 流 特 性 做 了 大 量 的 研 究 工 作，并 取 得 了 丰 硕 的 研 究 成 果 ［２－７］．连 续 两 弯 为 弯 曲 河 流 的 一种特殊情况，水流受 连 续 的 反 向 曲 线 边 界 制 约， 加上重力和 离 心 力 的 共 同 作 用，其 中 的 水 流 特 性 较单弯情况 更 加 复 杂．以 往 的 研 究 工 作 主 要 是 从 河床演变规 律 角 度 出 发，结 合 实 际 航 道 整 治 工 程 经验，分析连续弯道水 流 泥 沙 的 运 动 情 况 ．对 ［８－１０］ 连续两 弯 的 水 流 运 动 特 征 和 机 理 的 研 究 还 比 较 欠缺．
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｂｅｎｄ ｆｌｏｗ
ＨＵ Ｘｕ－ｙｕｅ１，２，ＺＨＡＮＧ Ｑｉｎｇ－ｓｏｎｇ１，３
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０００４， Ｃｈｉｎａ；２．Ｈｕｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ，Ｓｅｄｉｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｆｌｏｏｄ Ｈａｚａｒｄ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ，
弯道导流河水流流动特性分析
５ 边界条件设置
计算采用标准 ｋ － ε 模型ꎬ一阶迎风格式ꎻ进
０ ３ ｍ / ｓꎬ回流流速不应超过 ０ ４ ｍ / ｓ [１] ꎮ 通航代
表船型见表 １ꎮ
表 １ 通航代表船型
序号
船舶等级
( 长 × 宽 × 吃水) / ｍ
备注
１
３００ ｔ 驳船
３５ × ６ ８ × (１ ７ ~ ２ ０)
ＧＢ ５０１３９ － ２０１４
２
３００ ｔ 货船
４２ × ８ ２ × (１ ８ ~ ２ ２)
ＧＢ ５０１３９ － ２０１４
— ６５ —
第 ２５ 卷第 １２ 期
２０１９ 年 １２ 月
水利科技与经济
Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｃｏｎｏｍｙ
道ꎬ通过小闫河上下游设置围堰ꎬ形成地涵的施
工基坑ꎮ 导流河最低通航水位 １８ ５ ｍꎬ常水位为
５３ １３ 和 １１５ ２９ ｍ３ / ｓꎮ 导流河开挖断面见图 ２ꎬ
平面布置见图 ３ꎮ 导流河弯曲段 Ｘ 方向长１ ８０１ ｍꎬ
Ｙ 方向宽 ４１６ ｍꎬ有必要进行数值模拟计算分析
大曲率弯道水流流动对导流河通航以及边坡冲
超过 ０ ６ ｍ / ｓꎬ满足抗冲要求ꎬ不影响河床、河道边坡稳定ꎮ 分析成果对类似工程设计具有一
定的参考价值ꎮ
[ 关键词] 弯道ꎻ流态ꎻ流速ꎻ冲淤
[ 中图分类号] ＴＶ１４３ [ 文献标识码] Ａ [ 文章编号] １００６ － ７１７５(２０１９)１２ － ００６４ － ０４
弯道导流河水流流动特性分析
陆纪友ꎬ刘永刚
( 江阴市长泾水利农机管理服务站ꎬ江苏 江阴 ２１４４００)
[ 摘 要] 采用数值模拟方法对某地涵工程弯道导流河水流流动进行数值仿真计算ꎬ主要包
弯曲河道水流结构研究现状探析
弯曲河道水流结构研究现状探析卢翔;唐仁杰【摘要】弯曲型河流是冲积河流当中最为常见的一种河型,是组成河流的最基本单元,在世界分布很广.对防洪、航运等有重要的影响.弯道水流是指行进在弯曲河道中的水流.由于边界条件的不同,弯道中行进的水流运动特性也与顺直河段中不同.弯道水流运动规律的研究,在河流治理、港口兴建、引水排沙、桥墩防冲以及改善河道航运等方面都得到了广泛的应用.文章对单弯水流特性研究成果进行了归纳分析,并对研究成果相对较少的连续弯道水流特性方面进行了归纳与展望.【期刊名称】《湖南水利水电》【年(卷),期】2011(000)001【总页数】3页(P37-39)【关键词】弯道;连续弯道;水流特性;水流结构;物理模型【作者】卢翔;唐仁杰【作者单位】湖南省水利水电勘测设计研究总院,长沙市,410007;湖南省水利水电勘测设计研究总院,长沙市,410007【正文语种】中文水流进入弯道后，表层水流和底层水流的向心加速度并不相同。
表层水流的向心加速度一般大于底层水流的向心加速度，并且表层水流的速度会大于弯道水流的平均速度，底层水流的平均速度会小于表层水流的平均速度。
这样，表层水流会趋向于背离弯曲中心运动，而底层水流则趋向于向指向弯曲中心运动，从而形成螺旋流。
凹岸的水流指向河底，凸岸的水流指向水面。
螺旋流运动在横断面的投影称为环流，环流是弯道中特有的水力现象。
在自然情况下，平原河流、河网及滨湖河流中常出现多弯相连的情况，多弯相连的河道一般称之为连续弯道，两弯之间的连接部分称之为过渡段。
1 弯曲河道及其水流特性研究概况1.1 弯道横比降当水流进入弯曲河段时，由于离心力的作用，使得凹岸水位抬高，凸岸水位降低，从而造成了水面横比降。
弯道的最大横比降出现在紧靠弯顶断面的附近.随着流程的增加，横比降Jr会逐渐减小，直至弯道出口断面，出口横断面比降Jr仍有一定数值，但在出口处却很小，出弯段后迅速消失［1］。
很多学者对此进行过系统深入的研究。
U型混凝土渠道冻胀数值模拟分析
U型混凝土渠道冻胀数值模拟分析渠道冻胀是造成渠道衬砌特别是刚性混凝土衬砌渠道破坏的主要原因，由于其抗拉抗弯性能差，当衬砌不能适应渠道基础土的冻胀变形或不能抵抗渠道基础土的冻胀力时，就会发生冻胀破坏。
U 形衬砌混凝土渠道以其水力条件好、占地面积小、防渗抗冻胀性能强等优点，在渠道建设和灌溉分区改造中得到了广泛的应用。
但是，灌溉分区渠道的地基土会反复冻融，衬砌渠道仍会受到不同程度的破坏。
为了改善这种情况，在设计过程中有必要充分了解U 形衬砌渠道倾角和厚度对降低冻胀的影响。
标签：U型混凝土;渠道冻胀;数值模拟一、U型混凝土渠道冻胀概述渠道衬砌是灌区灌溉渠道的主要组成部分。
在甘肃定西地区，由于冻融循环的影响，许多已建渠道衬砌受到不同程度的破坏，不仅增加了运行难度和维护难度，影响了工程的正常运行，而且影响了渠道衬砌的渗漏。
在定西地区，用于修复冻融循环作用造成的渠道损坏的资金不在少数。
在中华人民共和国水利部“十二五”规划期间，渠道衬砌按计划将在季节性地表地区修建。
防治渠道衬砌偏鼓问题有待进一步研究。
特别值得注意的是季节性冻土地区分布的变化以及防冻衬砌结构与传统衬砌结构的特点差异分析。
通过渠道防渗工程的建设，渠系水资源利用系数得到了很大的提高。
还应当指出，所有这些防渗工程都受到不同程度的破坏，50% 的现有设施、40% 的运河系统建筑物和32% 的衬砌渠道受到破坏。
特别是在西北季节性冻土区的定西地区，渠道衬砌的冻胀破坏较为严重。
通过目前广泛应用的大型U 形渠道的冻胀观测试验，收集了原型渠道冬季运行期间的各项参数，包括渠道衬砌冻胀变形、渠基土含水量、气温、冻结深度等试验数据，研究了渠道混凝土衬砌的冻胀破坏机理，分析了衬砌与渠床土的相互作用，对寒冷地区渠道工程混凝土衬砌的设计与施工具有重要的指导意义。
工程实践表明，季节性冻土地区的冻胀和融沉会引起渠道衬砌边坡的失稳破坏。
在过去的几十年中，已经发展了大量的技术，可以用来保护渠道线路免受冻胀破坏和融沉。
弯道水流特性三维数值模拟分析研究
将本文数模计算值和文献6中物理模型试验值进行对比，对1 引言弯道形态是水流下泄的常见形态之一，在天然河道、溢洪比结果见图3。
分析可知，5个断面共10个观测点的对比数据道下泄通道（考虑到地形限制被迫使用弯道形态）、水力输送中，水位差值在0.01 m~0.05 m范围内；流速差值在0.01 m/s~管道都常遇到弯道形式。
然而，弯曲段水流有显著的不利特0.075 m/s范围内，误差较小。
可见本文模拟精度较高。
征，即高速运动的水流，受到离心力作用，将在航道横向断面上出现向外倾斜的特征，从而导致同一横断面，内外侧（内侧为凹岸，外侧为凸岸）水位存在明显落差，严重情况下甚至会影响水流挟沙力，导致凹岸因挟沙力不足产生淤积。
本文借助MIKE计算软件，建立三维数模来研究弯道水流的分布特征。
（1）工况1水位对比图2 数学计算模型建立2.1 研究思路建立三维数学模型。
根据以往的研究经验，考虑水流先通过一段顺直的直线段（长为5 km），然后进入弯曲段（内径为0.5 km，外径1 km，圆心为180°）。
同时，数学模型采用稳定性最好的三角形网格进行划分，本文研究模型示意图见图1。
（2）工况1流速对比图图1 研究模型及网格划分示意图2.2 计算精度验证（3）工况2水位对比图[6]为保证本文计算精度可信，本文采取了两组工况进行计算3对比。
工况1上游来流量为40.0 m /s，下游尾水位实测值为0.305 3m；工况2上游来流量为60.0 m /s，下游尾水位实测值为0.360 m。
同时，在弯道处设置5个断面（分别在弯道0°、15°、45°、75°和105°处），共10个观测点，作为计算精度对比测点，计（4）工况2流速对比图算测点设置示意图见图2。
图3 计算精度对比分析图3 流量对水流特性影响计算研究33设置4组对比工况，即进口流量分别为40.0 m /s、50.0 m /s、3360.0 m /s、70.0 m /s，研究流量变化对水流特性的影响，将4组工况的尾水位都设为0.30 m。
明渠弯道水流运动规律研究分析
明渠弯道水流运动规律研究分析【摘要】在自然界的河道或者人工开挖的水渠当中，由于地势的原因，都会有弯道的存在，在水流经过这些弯道的时候，其运动规律会根据弯道的程度和水流的具体情况发生相应的变化，这些变化的规律是非常难以琢磨的，在这种情况下，人们通过对弯道和水流的具体数据进行研究，来得出其运动规律。
本文结合具体公式和案例，来对明渠弯道水流运动规律进行研究分析。
【关键词】明渠弯道水流运动规律前言在人们对明渠弯道中水流运动规律的研究中，包含了在各种地形情况下的弯道水流运动特性，根据这种特性，人们对其中影响水流运动规律的因素进行了各个方面的分析探讨。
这样的研究在人们的生活中起到了重要的作用，对河流的治理和港口的建立有着关键的意义。
一、在明渠弯道水流运动中的各个参数影响水流运动规律的因素包括很多方面，其中主要包括了水面横比降、横向环流流速沿垂向分布和环流流速的沿程分布等因素，通过对这些因素的具体研究分析，可以得出具体的弯道水流的运动规律。
1、首先是弯道水面横比降。
在水流经过弯道的时候，由于弯道的不同，其中所产生的离心力也有着不同，由于其中离心力的存在，会使水流的的水面逐渐升高，并且偏向凹面，这个凹面根据渠道的具体情况，会形成一定的倾斜角度，这个倾斜角度就被称为横比将JR，在水流经过弯道的时候，其中在水面逐渐偏向凹面的过程中，水灵经过弯道最中间的时候，是其中横比将值最大的时候，随着水流渐渐过去弯道，横比降的数值也会渐渐的减少；在水流经过弯道进口凸面的时候，水面处于最低的位置，在水流经过弯顶以下的凹面的时候，水面处于最高点。
在对弯道水面的横比将进行描述的时候，有着这样几个公式：首先是罗索夫斯基公式在这个公式里面Jr代表着水面的横比降：Vcp为在水流进入弯道的时候，垂线的平均流速；α0为流速垂线的分布不平均系数；τ0为来自河底的横向阻力；r为弯道的半径；p为水的密度；g为重力加速度。
在这个公式中我们可以看出，要想对水面的横比降进行计算，其中需要多个方面数据的共同支持，但是这个公式在实际的运用中仍旧是不精准的，其中的河底横向阻力和系数都不能进行有效的确定。
明渠弯道水流三维数值模拟
明渠弯道水流三维数值模拟谭柱林;彭杨【摘要】采用雷诺平均Navier-Stokes( BANS)方程组,其中动量方程的雷诺应力项用k-ω涡黏紊流模型求解,结合VOF方法跟踪自由水面,运用Fluent软件模拟了明渠180.弯道水流的三维特性.通过将数值模拟的水位结果与试验资料进行比较,表明数值模拟能够有效地预测弯道水面高度的变化范围以及水面横比降的主要影响范围；同时分析了弯道水流不同水深的平面流场和典型断面弯道环流分布.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2012(000)003【总页数】4页(P46-49)【关键词】弯道水流;k-ω涡黏紊流模型;Fluent软件;数值模拟【作者】谭柱林;彭杨【作者单位】华北电力大学可再生能源学院,北京102206;华北电力大学可再生能源学院,北京102206【正文语种】中文【中图分类】TV91弯曲河道广泛存在，当水流通过弯道时，液体质点同时受到重力和离心惯性力的作用，在垂直于水流方向的横断面上存在二次流，与主流纵向速度叠加，构成螺旋流；凹岸水面较高，表面水流从凸岸流向凹岸，潜入水底往凸岸流去，翻至水面流向凹岸，如此循环，使得凹岸冲刷凸岸淤积[1]。
研究弯道水流运动规律，在河流治理、港口兴建、引水排沙、桥墩防冲以及改善河道航运等方面，具有重要意义。
Vriend H.J.[2]对U型弯道水流进行了详细量测，实验水槽由180°的弯曲段和上下游直线段组成。
吴修广[3]等采用标准k-ε湍流模型，建立了非正交三维弯曲河流数学模型，模拟天然连续弯曲河流的流场。
芮德繁[4]结合物理模型试验和数值模拟，研究由两个90°弯组成的连续弯道的环流运动规律和泥沙冲淤特性。
冯丽华[5]采用标准k-ε，RNG k-ε和RSM等紊流模型，数值模拟了明渠180°弯道水流，其中RSM模型效果最好。
动床模型试验方面，Wei Wang[6]通过模型试验对弯道的演变情况进行模拟，并开发了MEANDER软件。
弯道水力学研究现状分析_张玉萍
分布公式 u =
波达波夫 ( M. B. ΠOTOΠOB ) 早在本世纪内 30 年代 ,利用 Navier2Stokes 方程 , 得到了二元水流的 运动方程式 ,采用抛物线型纵向流速分布公式 ) 2 ,导出了环流流速 u = um - m hJ ( 1 - η 的垂线分布公式 [2 ] :
mu m h m (1 - η ) 6 + (1 - η )4 vr = [6υ r 5
收稿日期 :2000 - 03 - 02
( 1)
此外 ,在工程中应用较多的是罗索夫斯基依 对数公式及马卡维耶夫基于抛物线公式分别导出 的两个横比降公式 . 其表达式分别如下
J r = (1 &# C2 gr
2 2
( 2) ( 3)
2 4 m2 16 m2 V CP ) 15 C2 945 C3 gr
- P 1 5 2 1 3 (1 + P+ P P) P 6 24 8 - P 1 3 2 (1 + P+ P) P 2 8 ( 12)
后 ,很多学者采用不同的纵向流速分布公式和边 界条件及连续条件通过不同途径对方程求解 , 得 到了不少环流流速沿垂线的分布公式 . 在 1985 年 和 1986 年张红武对一些较有代表性的公式又进 行了资料验证和评述 [1 ] ,现分类介绍如下 .
r2 V2 Δ h1 = α ln 0 g r1 ( 8)
由我们的实验测出弯道中心角为 50° ,转弯半 径为 500 m 的弯道模型水面形态 ,如图 1. 从图中 可以看出 , 整个水面为一个扭曲面 . 沿纵剖面看 , 弯道中轴线上的纵比降沿程变化不大 ,因此 ,可假 设中轴线上的水面纵比降等于弯道的平均纵比降
Jθ = Jθ 0 2 2 . 4α 0V
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U形弯道水流实验及其数值模拟探究
摘要:在现阶段的发展中，我国对道路的研究进入到了一个新的阶段，原本很多不被重视的道路得到了充分的重视，尤其是U形弯道。
对于U形弯道而言，水流对其具有很大的影响，我们需要对U 形弯道水流进行一定的实验，将实验的结果进行系统的分析，这样就可以在道路建设的过程中，有效的避免一些问题的发生，同时可以让U形弯道更好的为广大的居民服务，成为社会发展的动力。
对于U 形弯道而言，水流实验是最有效果的。
关键词：弯道水流数值
1 试验概况及数值模拟方法
对于U形弯道水流实验及其数值模拟探究来说，需要采取一定的方式方法，才能得到理想的结果，在U形弯道水流试验方面，主要情况如下：U形平底弯道水槽由有机玻璃制作,宽0.30m,深0.50m,试验段由2个1.50m的顺直段和1个内径为0.50m、外径为0.80m的半圆组成,总共布置试验测试断面14个,每个断面按等宽布置5条测速垂线,间距为5cm,沿水深方向每隔1cm测试一点,供水系统为自循环系统,具体见图1所示。
而在数值模拟探究方法中，以应用软件Fluent6.3为基础,采用雷诺应力(RSM)模型模拟流场,通过VOF方法模拟水流自由面对U形(180°)弯道水流特性进行了分析。
我们可以较为清晰的看到，对于U形弯道水流实验及其数值模
拟探究来说，每一个环节都要精确化的进行，每一段所采用的方法都有所不同，这样才能在试验的过程中，发现问题的所在，从而制定出有效的解决办法，对于数值模拟探究而言，必须将所有的数值有效的进行统计，之后进行一个系统的分析，结合实际的情况，才能得到最真实的结果。
2 试验测试与数值模拟结果及分析
2.1 水面横比降分析
在U形弯道水流实验及其数值模拟探究工作中，水面横比降分析是一个非常重要的环节，前面的工作有很大一部分都是为水面横比降分析所准备的。
从客观的角度来说，水面横比降分析能够将U形弯道水流实验及其数值模拟的每一个环节都分析的较为清楚，而且不会出现遗漏的情况。
在近几年的发展中，我国的科研人员对水面横比降分析工作进行一定的深化和加强，使得现有的水面横比降分析更加的精确。
2.2 U—V矢量沿水深变化
在U形弯道水流实验及其数值模拟探究工作中，科研人员经过一定的努力，终于获得了较大的突破。
众多的科研人员发现，U—V 矢量会沿着水深的变化而变化，这就在客观上解决了很多的实际问题。
对于U形弯道而言，表面上看只是一个弯度较大的道路，但在实际的应用中，必须对U形弯道进行系统的研究，之后结合不同的
因素，将每一个环节考虑清楚才能修建，而U—V矢量是一个重要的环节。
在之前的发展中，我们并不了解U—V矢量是如何变化的，这就为实际的工作带来了很大的困难，当发现UV矢量是沿着水深的变化而变化时，修建U形弯道就会更加的顺畅。
科研人员最后得出的结论为：在距离床面较近的水平面,水流在流经弯道时主流向偏向凸岸;在距离床面一定距离后主流向则近似与边界平行;在近水面的平面内,主流向偏向凹岸,这样在弯道区域内,水流运动为螺旋流运动。
2.3 横向环流沿程变化
从现有的一些成果来看，我国已经在U形弯道水流实验及其数值模拟探究工作中，作出了一定的成绩，而且对U形弯道产生了较大的积极影响。
但社会发展的脚步并没有停下，因此对U形弯道水流实验及其数值模拟探究工作也要继续向前。
科研人员在进行U形弯道水流实验及其数值模拟探究工作的过程中，将目光投向了横向环流沿程的变化。
对于这个环节而言，对整体的U形弯道水流实验及其数值模拟探究具有较大的积极影响。
横向环流沿程变化涉及到U 形弯道的较多方面，需要进行系统的分析才行。
3 U形弯道水流实验及其数值模拟探究
经过大量反复的研究之后，科研人员在U形弯道水流实验及其数值模拟探究方面，取得了较大的成果，并且对U形弯道的修建产生了较大的积极影响。
从客观的角度来说，有些因素是不断变化的，
比方说水流。
而有些因素基本上不会出现太大的变化，比方说修建U 形弯道的地点。
本文认为，在修建U形弯道的过程中，结合使用声速多普勒流速仪(ADV)上视及下视探头,能较完整地测量弯道三维水流的变化过程。
这样对整体的U形弯道水流实验及其数值模拟探究工作，将会起到较大的积极影响。
另一方面，必须有效的结合地域特点，这样才能得到一个较为理想的结果。
U形弯道不同与一般的道路，需要考虑的因素较多，必须在技术和设备上都达到一个较为先进的水平。
4 结语
本文对U形弯道水流实验及其数值模拟进行了一定的探究，无论从主观方面出发，还是客观方面，都需要将U形弯道水流实验及其数值模拟做到一个较为高端的水平，这样才能将理想的成果有效的应用到实际的工作中。
相信在将来的发展中，我国会在U形弯道水流实验及其数值模拟中有一个更大的建树。
参考文献
[1]林小平,凌建明,苏华才,等.弯道水流的数值模拟及沿河路基冲刷机理分析[J].同济大学学报:自然科学版,2007(11).。