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给水排水 1995年第1期21卷 16-17,3页

作者：陈水俤福州市福州大学土建系 355002

本文根据水力学原理建立了圆管不满管与满管无压均匀流之间的关系,通过这些关系推导出一组以显函数表示的近似公式,利用这些公式(无需任何图表)可以简捷地进行排水管的所有水力计算,精度完全可以满足工程要求.

关键词：排水管道水力计算均匀流

水平轴潮流能水轮机仿生叶片设计及水动力性能研究

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水平轴潮流能水轮机仿生叶片设计及水动力性能研究

作者：刘燕江苏科技大学

学位级别：硕士

作为潮流能捕获装置的核心部件,叶片的性能对于水轮机的发电效率起着决定性的作用。仿生学的兴起,给水轮机叶片设计提供了新思路。于是本文在充分研究座头鲸鳍结构的基础上设计具有不同参数的仿生叶片,利用STAR-CCM+软件进行数值模拟,... 详细信息

作为潮流能捕获装置的核心部件,叶片的性能对于水轮机的发电效率起着决定性的作用。仿生学的兴起,给水轮机叶片设计提供了新思路。于是本文在充分研究座头鲸鳍结构的基础上设计具有不同参数的仿生叶片,利用STAR-CCM+软件进行数值模拟,选出性能较为优异的仿生叶片应用于水平轴潮流能水轮机上。考虑到近海实际应用问题,进一步创建适用于水平轴水轮机的线性剪切流场,深入探讨仿生水轮机在剪切流场中的性能变化,为后续的开发研究提供了参考。本文首先设计几组不同结节参数的仿生叶片,对其数值模拟。结果表明,在小攻角下,仿生叶片的水动力性能相对于标准叶片会有一定的升力损失。但大攻角下（α＞22°）,仿生叶片具有更高的升力系数和升阻比。其中,结节高度大的仿生叶片在大攻角下升力系数整体较大,结节数目少的叶片升阻比会相对较小。然后,将性能较优异的仿生叶片用于水平轴潮流能水轮机上,前缘无结节的标准叶片用来建立标准水平轴潮流能水轮机模型。研究两者在均匀流场中的性能差异。在不同桨距角下,仿生叶片主要对水轮机低尖速比区（即尖速比在2～3之间）的扭矩系数和能量利用率影响较大;桨距角大于5°以后,在高尖速比区（即尖速比在6～7之间）也有一定提升,但改善效果不如低尖速比区显著。随着桨距角的增大,水轮机的最佳能量利用率向低尖速比区移动,扭矩系数和能量利用率出现整体下降。最后,对剪切流模型进行简化后,建立剪切率k=0（均匀流）、k=0.04和k=0.05三种适用于水平轴水轮机的线性剪切流场。经过数值模拟发现:不同剪切率的流场对标准水轮机影响较小,仿生水轮机的扭矩系数和能量利用率在不同剪切流场中的变化较大,尤其是在k=0.05流场中的高尖速比区,扭矩系数、能量利用率提升很多;仿生水轮机的扭矩系数和能量利用率在各个流场中的低尖速比区与高尖速比区,相比标准水轮机都有很大提升,但轴向力系数也始终高于标准水轮机;即相比较标准水轮机,仿生水轮机对剪切流场的适应性更强,比标准水轮机更易启动,能量转换效率在剪切率大的流场中提升较多,但对于支撑结构强度的要求也更高。

关键词：仿生叶片潮流能水轮机均匀流剪切流水动力计算

摆式波浪能转换装置的完全非线性翻卷砰击响应研究

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摆式波浪能转换装置的完全非线性翻卷砰击响应研究

作者：李根江苏科技大学

学位级别：硕士

摆式波浪能转换装置（OWSC）是近年来广受关注的一种近岸波浪能装置,其波能摆板与底部基座铰接、在波浪的激励下往复旋转并带动液压缸将高压水通过管道直接抽送到岸上的发电机。当遭遇恶劣或极端海况时,摆板将首先运动到低位,在回复力... 详细信息

摆式波浪能转换装置（OWSC）是近年来广受关注的一种近岸波浪能装置,其波能摆板与底部基座铰接、在波浪的激励下往复旋转并带动液压缸将高压水通过管道直接抽送到岸上的发电机。当遭遇恶劣或极端海况时,摆板将首先运动到低位,在回复力矩的作用下出水后再以高速冲击水面,在摆板表面形成高幅值的砰击压力,对装置的安全性造成威胁。由于摆板的运动对砰击射流与砰击压力起决定性作用,OWSC的波浪砰击问题与传统的波浪碰撞固定式海洋平台或海堤有着本质不同。目前,针对OWSC的水动力砰击研究主要在常水深规则波理论框架中通过典型工况展开,尚未将极端条件下入射波的特殊形成机理与不规则的强非线性波面考虑在内,并且对近岸海流以及不平整地形条件下的砰击响应研究十分匮乏。鉴于此,本文将基于势流理论,通过时域高阶边界元法建立OWSC水动力砰击问题的完全非线性数值模型,重点研究摆板在规则波、极端波、均匀流与不平整地形等因素下的砰击响应机理。本文首先建立了规则波对OWSC砰击的高阶边界元模型。利用辅助函数法计算摆板表面速度势的时间导数后根据伯努利方程得到了物面压力分布,在此基础上解耦了摆板运动与波浪之间的相互耦合关系。通过四阶Runge-Kutta法联合基于摆板运动的旋转坐标系更新下一时刻的边界条件,避免了摆板与液面交点可能出现的数值错误。针对于砰击射流具有的强非线性特性,采用不均匀网格分布方案离散了自由表面,保证了计算精度与计算效率。为了克服由摆板表面射流区域的高振荡压力引起的数值不稳定性,在旋转坐标系中使用线性分布规律计算了相应单元的速度势。当射流翻卷脱落并对波面形成二次砰击时,采用了基于复平面思想的区域分解法捕捉其下落过程射流,避免了复联通区域造成的数值错误。通过已有的实验数据和CFD数值结果验证了所建立数值模型对OWSC发生砰击后的波面特征、运动特征和动力特征模拟的准确性,由此开展了对摆板材质和波浪要素的参数化研究,分析了当不同规格摆板受到不同条件的规则波时,发生砰击后所产生的不规则射流与高幅值砰击压力的规律和原因。其次,通过孤立波与聚焦波理论生成了两种具有代表性的极端波浪,并将数值模型扩展应用到了对极端工况下的OWSC水动力砰击数值研究中。针对孤立波与聚焦波特殊的波浪特征,在自由水面条件中分别定义了有效的数值阻尼层,消除了边界处多重反射波对结果的干扰。为了同时模拟具有强非线性的入射极端波浪与砰击产生的不规则射流,对不规则网格分布方案进行了进一步的收敛性验证,结果表明本文的数值方法对于极端波浪的模拟具有较好的准确性。此后重点分析了孤立波波高与水深,聚焦波波高、水深、频带宽与波浪聚焦位置等极端波浪参数对砰击的影响。通过与规则波砰击OWSC结果的对比后发现,与规则波不同,由于流体质点的横向加速度更大,极端波浪将突出转动惯量对摆板运动的影响,进一步增强具有较大转动惯量摆板的砰击压力。最后,探讨了水流、极端波浪与水深变化条件下的OWSC水动力砰击现象与机理。先采用迭代法计算了水流影响下的耦合规则波色散方程,由此生成了存在规则波与均匀流时的流场,假设摆板以规定模式冲击规则波与水流共存的流场,分析所产生的射流与砰击压力,准确得出了水流对砰击的影响规律。而后进一步定义了当均匀流存在时的压力辅助函数以解耦摆板运动与波浪、水流之间的相互依赖关系。基于源造波法生成了极端波浪与水流共存的流场,并在水底设置不同规格的障碍物以模拟不平整地形下极端波浪与水流对OWSC的砰击。为了避免逆流、极端波浪与浅水地形共存时可能引起的破碎射流,同时采用截断法和区域分解法以及非破碎波条件保证了计算过程在取得预期结果之前不会因为出现奇异矩阵而终止。对比本文模型模拟极端波浪与水流以及极端波浪与不平整地形相互作用的结果可知,本文对近岸流场环境的模拟具有较好的准确性。重点对流速、波高、水深变化以及水底障碍物的高度和形状等参数引起的砰击进行分析,数值结果表明水深变浅将明显增大波面的非线性并进一步增强摆板所受的砰击压力。而当水底存在凸起的障碍物时,入射孤立波将发生明显分裂变形,使摆板连续受到两次砰击影响。

关键词：摆式波浪能转换装置波浪砰击高阶边界元法完全非线性极端波浪均匀流水深变化

基于Lyapunov指数的悬浮隧道锚索振动稳定分析

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人民长江 2015年第11期46卷 61-64页

作者：刘斌刘祚秋巫志文中山大学工学院广东广州510006

为分析水下悬浮隧道锚索在均匀流作用下振动的稳定性问题,建立了锚索的振动方程并用伽辽金法对其进行了简化。采用Lyapunov指数法判断了锚索涡激振动的稳定性,同时分析了锚索阻尼比、初张力、均匀流速和涡激频率对锚索振动稳定性的影响... 详细信息

为分析水下悬浮隧道锚索在均匀流作用下振动的稳定性问题,建立了锚索的振动方程并用伽辽金法对其进行了简化。采用Lyapunov指数法判断了锚索涡激振动的稳定性,同时分析了锚索阻尼比、初张力、均匀流速和涡激频率对锚索振动稳定性的影响。研究结果表明,随着均匀流速的增加,锚索逐渐从稳定状态转变到不稳定状态;锚索振动系统的初张力、阻尼比越大,锚索就越容易趋于稳定状态;当涡激频率与锚索一阶固有频率接近时,会发生涡激共振现象,锚索最容易失稳。

关键词：均匀流锚索稳定性 Lyapunov 指数悬浮隧道

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桥梁壅水的计算

桥梁壅水的计算

作者：杨德轩北京交通大学

学位级别：硕士

由于桥梁的存在减小了桥下过流断面的面积，水流流线在桥梁的上游形成收缩，下游形成扩散，加上桥体本身的阻力等因素，使河流的局部阻力增大，造成局部水头损失，形成桥梁上下游的水位差，这就是桥梁壅水。桥梁壅水在流量较小时并不明... 详细信息

由于桥梁的存在减小了桥下过流断面的面积，水流流线在桥梁的上游形成收缩，下游形成扩散，加上桥体本身的阻力等因素，使河流的局部阻力增大，造成局部水头损失，形成桥梁上下游的水位差，这就是桥梁壅水。桥梁壅水在流量较小时并不明显，而在洪水期却非常显著。桥梁壅水抬高了桥梁上游水位，增大了淹没面积，如果流量过大，洪水就有可能漫过桥梁，甚至冲毁桥梁，造成更大的灾害。在桥渡设计中，冲刷计算、桥孔计算、调治建筑物布置以及方案比选等都要以桥梁水力计算为工作基础的，而桥梁壅水计算是桥梁水力计算的主要内容。桥梁上游水面的壅高也将影响到河岸路堤的修筑高度和桥梁的桥下净空的设计，因此桥梁壅水计算有着非常大的实际意义。本文针对平原宽浅河流的桥梁壅水进行计算，在计算中将过流断面沿程变化不大的河道按照等截面河道进行考虑，在无桥状态下可以认为是河道水流是均匀流，这样可以计算出给定流量下无桥状态时的各断面的水位。在建桥后桥址下游一定距离处可以认为在相同流量下与无桥状态有相同的水位，以此流量和水位值作为边界值，采用SMS软件建立河道模型并用软件中的FST2DH模块进行计算，用所得的结果与实测资料进行对比，同时合理的确定模型中的系数，最后采用模型对洪水设计流量进行模拟计算并与河工模型的结果进行比较，分析两者结果产生差异的原因。本文还针对由于桥墩引起的壅水通过SMS软件采用不同的桥墩处理方法进行了桥墩壅水计算并相互比较。

关键词：河道压缩壅水均匀流河道模型

Macro modeling and analysis of traffic flow with road width

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Journal of Central South University 2011年第5期18卷 1757-1764页

作者：唐铁桥李传耀黄海军尚华艳 School of Transportation Science and Engineering Beijing University of Aeronautics and Astronautics School of Economics and Management Beijing University of Aeronautics and Astronautics Information College Capital University of Economics and Business

The macro modeling and the solution of traffic flow with road width were investigated.Firstly,a new macro model with the consideration of road width was proposed.Secondly,the effects of road width on uniform flow and small perturbation were studied.The analytical and numerical results show that widening (shrinking) road can enhance (reduce) the equilibrium speed and flow,and the increments (decrements) will increase with the absolute value of road width gradient.In addition,the numerical results illustrate that the new model can describe the effects of road width on the evolutions of uniform flow and small perturbation.

关键词：道路宽度交通流量宏建模数值结果平衡速度宏模型小扰动均匀流

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水利明渠均匀流施工设计的探索与研究

江西建材 2014年第9期 124-125页

作者：陈建东王民中宋立英驻马店市康恒建设工程有限公司河南驻马店463000 驻马店市板桥水库管理局河南驻马店463000 安阳市水利局河南安阳455000

明渠中如果水流的运动要素随着时间的变化而变化,那么就将这种水流称之为明渠非恒定流,反之,如果明渠中的水流不因为时间的变化而产生变化时,这种水流就被称作明渠恒定流。在明渠恒定流中,如果水流的流线呈现出的状态时一簇平行的直线,... 详细信息

明渠中如果水流的运动要素随着时间的变化而变化,那么就将这种水流称之为明渠非恒定流,反之,如果明渠中的水流不因为时间的变化而产生变化时,这种水流就被称作明渠恒定流。在明渠恒定流中,如果水流的流线呈现出的状态时一簇平行的直线,而且水深和断面平均流速不因为流程的改变而发生变化,那么就将这种水流称之为明渠恒定均匀流,如果水流的流线并非平行直线,那么就将这种水流称之为明渠恒定非均匀流。文章对水利明渠均匀流的施工设计进行了简单的探讨。

关键词：水利明渠均匀流施工设计

非恒定流理论方法在小型农田排水工程设计中的应用

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非恒定流理论方法在小型农田排水工程设计中的应用

作者：林思华南农业大学

学位级别：硕士

洪涝是全球最为频繁的自然灾害之一,我国洪涝亦呈高频态势。近年来,受气候变化影响,洪涝灾害以其突发性、异常性,给农业生产造成了巨大损失。为消除农田涝灾,改善农民生产、生活条件,促进农村经济健康发展,政府高度重视小型农田排水工... 详细信息

洪涝是全球最为频繁的自然灾害之一,我国洪涝亦呈高频态势。近年来,受气候变化影响,洪涝灾害以其突发性、异常性,给农业生产造成了巨大损失。为消除农田涝灾,改善农民生产、生活条件,促进农村经济健康发展,政府高度重视小型农田排水工程建设,使其得到了长足发展,较好地保障了国民经济和社会稳定,但依旧面临着诸多问题。缺乏合理规划,建设缓慢,设施破损老化等状况已严重制约我国农业生产与农村经济的发展。小型农田排水工程通常指规模较小的,设计控制排水面积在3万亩以下的水利工程,它是小型农田水利建设的基础组成部分。随着农田基本建设事业的深入发展,工程建设规范化逐渐成为当前小型农田水利建设工作中亟待解决的问题。目前我国现行的水利行业技术标准体系中,针对小型农田水利工程项目而言,无论是一些专门的技术标准或规范,还是可供参考的技术资料等,都是相对缺乏的,其规划、设计、施工等工作往往凭设计人员经验确定。对于一些沟系相对复杂的情况,规范中公式的计算结果常与实际不符,无法满足设计要求,应用受到较大限制。在阅读了大量相关资料的基础上,本文结合工程实例,研究非恒定流理论方法在小型农田排水工程设计中的应用。全文主要研究内容总结如下:(1)系统阐述论文的研究背景、研究意义与目的,对国内外理论研究进展及MIKE 11软件的应用现状进行全面综述,并在此基础上提出文章的研究内容和技术路线。(2)结合项目基本资料及实地调研数据,介绍研究区的基本情况,包括自然概况、地形地貌、农业生产状况、水利工程现状、主要建设内容、排水方式选取、设计暴雨资料等。(3)基于水流运动的基本特性,分别对恒定均匀流、恒定非均匀流、非恒定流进行理论及公式对比分析,得出三种理论之间的区别与联系。(4)将研究区数据分别导入恒定均匀流、恒定非均匀流、非恒定流三种理论进行计算,得出设计成果,并进行流速校核,确定断面尺寸。(5)通过收集研究区实测水文资料数据,与三种理论计算结果进行对比分析,得出精度校验结果。最后对论文成果进行总结,展望后续的研究工作。

关键词：沟道设计均匀流非均匀流非恒定流 MIKE 11 HD模型

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排水管道水力计算诺模图

给水排水 1992年第1期18卷 32-33,3页

作者：樊建军湖南省衡阳工学院建工系给水排水教研室 421001

本文在综合考虑圆管中无压均匀流各水力参数相互关系的基础上,设计并绘制了排水管道水力计算诺模图。应用本文的方法,可在一张诺模图上求解排水管道的所有水力计算问题,十分便于工程实用。

关键词：排水管道水力计算诺模图均匀流水力参数圆管满流计算图表水力半径流量公式

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光滑壁面明渠紊流流速特性试验研究

光滑壁面明渠紊流流速特性试验研究

作者：万俊河海大学

学位级别：硕士

本论文以明渠均匀流和不同流动类型的非均匀流来划分，在前人研究的基础上，对光滑壁面明渠垂向流速分布特性进行了较为全面的研究。对比了均匀流和非均匀流不同的水力特性，得出了以下主要结论： 1．陡坡和缓坡上均匀流都具有分区结构... 详细信息

本论文以明渠均匀流和不同流动类型的非均匀流来划分，在前人研究的基础上，对光滑壁面明渠垂向流速分布特性进行了较为全面的研究。对比了均匀流和非均匀流不同的水力特性，得出了以下主要结论： 1．陡坡和缓坡上均匀流都具有分区结构，均可用对数公式较好的描述紊流区的流速分布，其范围可一直延伸到水面。用尾流律描述明渠紊流垂向流速分布与对数律公式相比没有优越性。Karman常数与雷诺数无关，与缓流条件下相比，急流条件下均匀流的Kannan常数值会变小。 2．S型、S型、M型、M型非均匀流都具有分区结构，M型非均匀流的Karman常数值大于M型非均匀流的Karman常数值。前人提出的统一的流速分布公式对于正坡明渠水流具有较好的普适性。急流条件下水流粘性底层厚度较缓流薄。均匀流和非均匀流紊流度分布相似。 3．负坡水流具有分区结构，其紊流区可用对数流速分布公式描述，用统一的流速分布公式却不能很好的拟合负坡上的水流垂向流速分布，表明了明渠水流的复杂性，应用研究成果时需慎重。紊流度分布较正坡小。

关键词：明渠紊流均匀流流速分布非均匀流负坡