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泥沙局部冲淤二维数值模拟仿真

哈尔滨工程大学学报 2013年第2期34卷 145-150页

作者：张芝永拾兵中国海洋大学工程学院山东青岛266100

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... 详细信息

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.

关键词：局部冲淤 FLUENT 自定义函数动网格

基于动网格技术对泥沙输运和局部冲淤的数值模拟

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水动力学研究与进展（A辑） 2018年第2期33卷 162-168页

作者：詹杰民马文韬余凌晖龚也君罗莹莹中山大学工学院应用力学与工程系广州510275

该文建立泥沙输运和床面冲淤的垂向二维模型,采用SST k-ω模型模拟湍流并使用VOF法处理自由面运动,同时用动网格技术实现水底地形变化,计算了水平射流的泥沙冲淤问题。流场和地形变化的计算结果与实验数据基本一致,从而验证了计算模型... 详细信息

该文建立泥沙输运和床面冲淤的垂向二维模型,采用SST k-ω模型模拟湍流并使用VOF法处理自由面运动,同时用动网格技术实现水底地形变化,计算了水平射流的泥沙冲淤问题。流场和地形变化的计算结果与实验数据基本一致,从而验证了计算模型的可靠性。在此基础上,该文进一步研究动床条件下的带横向沟槽明渠流动中水底地形随时间的变化过程。结果表明,水流在上坡过程中,由于水深减小流速增大,上坡部分受到局部冲刷作用;而坡顶处由于泥沙沉积形成一个小沙丘,坡顶位置在来流作用下逐渐向下游推移,最终地形趋于平衡状态。

关键词：动网格泥沙输运局部冲淤

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排洪工程对感潮河段局部冲淤的影响研究

排洪工程对感潮河段局部冲淤的影响研究

作者：钟婉婷福州大学

学位级别：硕士

排洪工程作为城市防洪除涝的水利工程措施之一,可将洪水绕过城区直接引入下游河道,以解决或削减城市的洪涝灾害,从而减少给人们带来的损失,促进社会经济的发展。然而,排洪出口出流将改变其附近河道原本的冲淤状态,河床需经历一定时间的... 详细信息

排洪工程作为城市防洪除涝的水利工程措施之一,可将洪水绕过城区直接引入下游河道,以解决或削减城市的洪涝灾害,从而减少给人们带来的损失,促进社会经济的发展。然而,排洪出口出流将改变其附近河道原本的冲淤状态,河床需经历一定时间的调整以达到新的平衡。分析排洪工程对感潮河段的冲淤影响,对于充分发挥工程效益和维持河势稳定具有一定的实际工程应用价值。本文以闽江北港魁岐河段为研究区域,探索在福州城区防洪工程魁岐排洪出口泄洪作用下该河段的水流场变化情况,并分析魁岐河段河床在排洪洞不同泄流工况下的局部冲淤变化及泄洪停止后河床局部变形的恢复状况。由此得出的水流场与泥沙冲淤预测结果对于排洪出口消能防护措施的制定具有现实意义。本文选取基于浅水方程及有限体积法理论的平面二维水流泥沙数学模型进行模拟分析,研究内容及成果如下:(1)应用水流数学模型模拟闽江下游感潮河段的天然流场,根据实测数据验证与分析表现:计算结果可以反映该河段的水位、流速等水力参数,可为闽江北港魁岐河段模型提供准确的边界条件。其中,工程河段落急时刻的流速比涨急时刻大,且落潮历时长于涨潮历时。(2)针对魁岐排洪出口泄洪对其附近河段流场的影响研究表明:由于排洪口的建成,该河段在洪水出流位置形成一流速较大的主流区,该主流随着河道潮流涨落而摆动,涨潮时偏向上游,落潮则偏向下游,且落急时刻对河道的影响范围比涨急时刻大。(3)考虑泄洪流量、泄洪次数与泄洪历时等因素,针对排洪洞四种不同泄流工况下魁岐河段河床的局部冲淤进行模拟研究。计算结果分析表明:河床变形范围以排洪口为中心,随涨落潮在上下游呈一扇形分布。水流出口处河床则快速下切形成冲刷坑,排泄水流对河床冲刷的泥沙落淤于冲坑两侧位置,上游淤积区在涨潮期间淤积快,落潮期间较为缓慢,下游淤积主要在落潮期间形成。排洪洞泄洪量越大、泄洪历时越长以及泄洪次数越多,河床局部变形影响也将越广。泄洪停止后河床冲淤各区域峰值(最大冲刷深度与淤积高度)经历一个全潮周期的恢复率达50%以上。本研究成果可为福州防洪工程魁岐排洪出口消能防护措施的采取提供科学的决策依据,还能为同类工程的建设提供相应理论基础,用以借鉴参考。

关键词：排洪出口感潮河段局部冲淤数值模拟消能防护措施

海滨电厂桥墩式取水口局部冲淤变化的工程计算方法

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港工技术 2011年第5期48卷 6-8页

作者：白玉川应超高国瑜杨浩俊天津大学河流海岸工程泥沙研究所天津300072 中船第九设计研究院工程有限公司上海200072

针对大型电厂海域取排水工程中桥墩式取水口的局部冲淤问题,从势流理论和柱状坐标系下床面变形方程出发,推导单个取水口的冲淤强度理论计算公式,并利用有限差分法离散笛卡尔坐标系下的床面变形方程,提出便于求解的冲淤场数值模拟方法。... 详细信息

针对大型电厂海域取排水工程中桥墩式取水口的局部冲淤问题,从势流理论和柱状坐标系下床面变形方程出发,推导单个取水口的冲淤强度理论计算公式,并利用有限差分法离散笛卡尔坐标系下的床面变形方程,提出便于求解的冲淤场数值模拟方法。以某工程的海水冷却系统取水口为例,应用该理论公式和数学模型估算取水口附近的泥沙淤积情况取得较好效果,为规划取水口的设计高程和冲淤防护措施提供了有力支持。

关键词：桥墩式取水口局部冲淤工程计算方法

基于FLOW3D的集成式水下基盘泥沙冲淤三维数值模拟

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水道港口 2024年第3期45卷 333-338,414页

作者：薛强高博远段辰宇张子涵陈同庆张庆河中海油能源发展装备技术有限公司天津300450 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072

泥面下集成式水下基盘是为开采渤海通航区等海域油气资源而提出的新型基盘,其基坑周围局部冲淤是工程实践关注的问题之一。基于不可压缩粘性流体运动的Navier-Stokes方程建立泥面下集成式水下基盘基坑周围三维水动力数学模型,对不同粒... 详细信息

泥面下集成式水下基盘是为开采渤海通航区等海域油气资源而提出的新型基盘,其基坑周围局部冲淤是工程实践关注的问题之一。基于不可压缩粘性流体运动的Navier-Stokes方程建立泥面下集成式水下基盘基坑周围三维水动力数学模型,对不同粒径和不同流速情况下的局部冲淤进行了模拟。结果表明:泥沙粒径为0.005 mm时,由于泥沙较难起动,基坑附近局部冲淤较小。粒径分别为0.05 mm和0.1 mm时,在典型流速作用下,基盘附近可分别形成1 m左右和4 m左右的淤积。

关键词：水下基盘数值模拟局部冲淤三维水动力冲刷 FLOW3D

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丁坝坝头冲淤的三维数值模拟

泥沙研究 2002年第1期27卷 25-29页

作者：彭静玉井信行河原能久中国水利水电科学研究院水环境所北京100038 日本东京大学土木系

本文对洪水条件丁坝近体的局部冲淤进行了三维数值模拟。开发了与全三维紊流模型连接计算的泥沙模型。泥沙推移质的计算考虑了床面坡度对推移质输沙率和临界启动剪切力的综合影响。模型经丁坝淹没绕流实验的充分验证。结果详尽讨论了局... 详细信息

本文对洪水条件丁坝近体的局部冲淤进行了三维数值模拟。开发了与全三维紊流模型连接计算的泥沙模型。泥沙推移质的计算考虑了床面坡度对推移质输沙率和临界启动剪切力的综合影响。模型经丁坝淹没绕流实验的充分验证。结果详尽讨论了局部冲刷随时间的动态变化过程和动平衡下的河床平面形态特征。

关键词：局部冲淤紊流三维模型丁坝河床

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二维潮流数学模型建设及其可视化研究

二维潮流数学模型建设及其可视化研究

作者：应超天津大学

学位级别：硕士

河口海岸地区是人类生产活动频繁的地区,其水动力环境一直被广泛研究。随着海滨电厂的兴建,电厂温排水所造成的潮流场与海水温升变化也成为重要的研究课题。本文拟针对海岸地区建立二维潮流数学模型,编写可视化交互界面,并针对工程中所... 详细信息

河口海岸地区是人类生产活动频繁的地区,其水动力环境一直被广泛研究。随着海滨电厂的兴建,电厂温排水所造成的潮流场与海水温升变化也成为重要的研究课题。本文拟针对海岸地区建立二维潮流数学模型,编写可视化交互界面,并针对工程中所关心的取水头附近的泥沙冲淤问题提出两种工程计算方法。具体来说本文工作内容如下: （1）从N-S方程出发,推导得出二维潮流控制方程。（2）利用Calerkin有限元法离散控制方程,求解系数,并利用SOR迭代法求解有限元方程。（3）采用FORTRAN、VB混合编制技术实现潮流数学模型的可视化,并通过二次开发AutoCAD实现数学模型的后处理。（4）将二维潮流数学模型应用于翔鹭石化（漳州）有限公司海水冷却系统XLP2PTA项目,通过潮流场的验算,证实了模型的正确性。（5）针对海滨电厂桥墩式取水头局部冲淤变化问题,提出理论与数值两种工程计算方法。

关键词：潮流有限元混合编程二次开发局部冲淤

颗粒离散元和点球浸入边界法在泥沙输运研究中的应用

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颗粒离散元和点球浸入边界法在泥沙输运研究中的应用

作者：宋晓阳天津大学

学位级别：硕士

泥沙颗粒在三维紊流场中的输移是典型两相流问题。本文采用基于有限体积法的高效能紊流并行计算程序——CgLES,结合点球浸入边界法和基于“事件驱动”模型和“弹簧—阻尼”模型的颗粒离散元法,对泥沙输移问题进行数值模拟研究,可以模拟... 详细信息

泥沙颗粒在三维紊流场中的输移是典型两相流问题。本文采用基于有限体积法的高效能紊流并行计算程序——CgLES,结合点球浸入边界法和基于“事件驱动”模型和“弹簧—阻尼”模型的颗粒离散元法,对泥沙输移问题进行数值模拟研究,可以模拟百万甚至千万量级的泥沙颗粒运动,需要的计算资源较少,适合研究较大空间尺度的泥沙演变过程,更接近于工程应用,同时具有较高精度,对于泥沙颗粒的输移研究具有重要意义。本文应用上述方法对明渠紊流边界层中泥沙颗粒的运动与分布,明渠床面沙纹的演变以及直立桩柱周围的局部冲刷三种典型的泥沙输移问题进行了数值模拟。研究发现:明渠中颗粒的输运对紊流的统计特征有影响,其运动与近壁区紊流拟序结构密切相关。惯性颗粒在明渠紊流边界层中分布存在不均匀性,易聚集形成顺流向条带结构,这种不均匀性主要受St数的影响,当St≈O(1)时,不均匀性最为显著。明渠紊流中沙纹会发生合并,在沙纹数量不变的条件下,沙纹高度近似呈线性增长,而沙纹的长度的平均值却保持恒定。随着沙纹高度的增大,输沙率逐渐降低并趋于稳定。当沙纹发生合并时,沙纹的高度快速增加,输沙率也随之大幅降低。直立桩柱周围的局部冲刷首先发生在与展向对称面呈40°左右的桩柱两侧,此处的冲刷深度在整个冲刷过程中一直保持最大。随着冲刷发展,冲刷区域和淤积区域逐渐向下游延伸,冲淤变化速度减小,最终达到冲淤平衡。

关键词：颗粒离散元点球浸入边界法惯性颗粒 Voronoi分析沙纹局部冲淤

连岛沙坝式海滩排水管头设计及其对滩面形态影响

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连岛沙坝式海滩排水管头设计及其对滩面形态影响

作者：董标福州大学

学位级别：硕士

海滩是海岸带宝贵资源。在我国沿海地区快速发展进程中,为满足沿岸排水需求,许多海滩布置了排水管涵,但不合理的排水管涵设计和布置将影响海滩原始地貌和稳定性。连岛沙坝式海滩排水管头作为一种新型管头设计形式,可为需布置排水管涵的... 详细信息

海滩是海岸带宝贵资源。在我国沿海地区快速发展进程中,为满足沿岸排水需求,许多海滩布置了排水管涵,但不合理的排水管涵设计和布置将影响海滩原始地貌和稳定性。连岛沙坝式海滩排水管头作为一种新型管头设计形式,可为需布置排水管涵的海滩提供一种新的保护思路,同时,研究连岛沙坝式排水管头对海滩稳定性影响,可丰富海滩动力学、海岸工程学等相关理论。论文依托海洋公益性行业科研专项——海岛旅游海滩管理技术研究与应用示范项目（201405037）,利用GPS-RTK和全站仪等仪器分别对厦门会展中心排水管头附近海滩平面、剖面连续跟踪监测,结合研究区域2010年015年期间多期历史卫片分析与数值模拟计算等技术手段,从不同时空角度来分析连岛沙坝式海滩排水管头建设前后滩面的变化过程。具体结论如下:（1）不同类型排水管头对海滩地貌影响对比分析。根据管头形态特点,对厦门岛沿岸海滩存在的排水管头进行归类,通过对比不同时期遥感影像和野外测量,分析不同管头建设前后海滩变化及管头上下游剖面形态差异。研究分析表明:相比丁坝型等传统排水管头影响岸线稳定,管头下游侵蚀严重等缺点,连岛型管头在保护岸滩、稳定岸线和景观效果方面均表现出明显优势。（2）连岛沙坝式排水管头修建后海滩剖面变化。野外测量会展中心连岛沙坝式管头附近海滩剖面数据,分析管头附近海滩滩肩宽度、滩面坡度和单宽留存沙量等剖面形态变化特征。测量数据分析表明,无管头保护滩面高程降低,滩面坡度总体变陡,滩肩蚀退严重;受管头保护滩面高程上升,坡度变缓,滩肩宽度略有减小,剖面单宽沙量留存比例大于1。（3）连岛沙坝式排水管头修建后海滩平面变化。通过对连岛沙坝式管头附近海滩多期岸线变化、管头覆盖率变化以及滩面沉积物粒度变化分析。结果表明,排水管身始终被沙体覆盖,一年后部分管头被覆盖,最终管头被覆盖率稳定在70%以上。近管头处沉积物较细,远离管头逐渐变粗。会展中心海滩两管头在分选性和偏度有较大差异。（4）不同水位条件下连岛型管头附近海滩稳定性研究。研究区具有明显的强潮弱动力特征,为进一步探究潮差对连岛型管头附近海滩稳定性影响,在厦门湾大区域波浪场模型基础上,建立研究区波浪泥沙模型,控制不同潮位条件,计算管头附近海滩冲淤范围及程度,并分析潮位条件对管头附近海滩冲淤演变的影响,根据计算结果提出治理管口堵塞的相关方案。

关键词：连岛沙坝离岸堤排水管头滩面形态局部冲淤