大尺度船闸输水系统水力学优化试验研究

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作者 王蛟 许灿亮 +2 位作者 王召兵 陈亮 蒋友祥 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第4期20-24,30,共6页

随着船闸尺度日益增大,大尺度船闸输水系统要在高输水效率、船舶泊稳条件与工程投资之间找到合理平衡点的难度很大。依托某拟建大尺度船闸,闸室有效尺度为280m×34m×4.5m(长×宽×门槛水深),建立1∶30的船闸输水系统... 随着船闸尺度日益增大,大尺度船闸输水系统要在高输水效率、船舶泊稳条件与工程投资之间找到合理平衡点的难度很大。依托某拟建大尺度船闸,闸室有效尺度为280m×34m×4.5m(长×宽×门槛水深),建立1∶30的船闸输水系统水力学整体物理模型,重点针对闸室消能工进行系列试验研究,对不同消能工布置、阀门开启方式和船舶停泊位置的船舶系缆力进行测定和分析。同时,通过综合分析输水系统水力特性、压力特性和闸室内船舶受力特性,提出了经济合理的输水系统型式。成果表明:消能工直接影响到停泊在闸室内的船舶的安全性和稳定性。对于船闸平面尺度较大的船闸,为了兼顾高输水效率,采用相对复杂的闸室消能工结构是必要的。推荐输水系统布置方案下,闸室船舶系缆力、输水系统水力特性及阀门段压力特性均满足规范及设计要求,且有较大富余,为未来船闸提速提效预留了可操作空间,研究思路及成果可供类似工程参考借鉴。 展开更多

关键词 大尺度船闸 输水系统 模型试验 消能工 船舶受力

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大水位变幅下新型内河浮式设施自适应水位升降特性研究

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作者 吴俊 曾晓燕 +1 位作者 何再冉 潘婧唯 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第8期1-7,共7页

在内河大水位变幅条件下,无外力驱动的浮式设施实现自适应水位升降,仍是一个未解决的技术难题。针对山区河流陡涨陡落的特点,提出了一种搭载自驱互耦张紧式系泊装置的新型内河浮式设施。基于静力平衡原理建立力学模型,推导了浮式设施升... 在内河大水位变幅条件下,无外力驱动的浮式设施实现自适应水位升降,仍是一个未解决的技术难题。针对山区河流陡涨陡落的特点,提出了一种搭载自驱互耦张紧式系泊装置的新型内河浮式设施。基于静力平衡原理建立力学模型,推导了浮式设施升降过程中驱动力施加原理,分析了影响浮体稳定升降的主要因素。设计了1∶40比尺的新型内河浮式设施物理模型,构建了浮式设施自动升降试验系统,在水位升降各4组不同速率工况下,测试了水位高度、平台竖向位移、系缆力、平台水平偏移等试验参数。结果显示:①浮式设施升降过程中,浮体受竖向系缆力变化影响,竖向位移与水位变化未能完全同步,但其跟随水位变幅的敏锐度k均大于0.96,反映该浮式设施优异的自适应升降特性。②水位升降速率的增加会导致系缆力方差增大,但不同速率上升工况和下降工况的缆力均值基本保持一致,上升均值约3 370 kN、下降均值约1 850 kN,说明自驱互耦张紧式系泊装置对系缆力调节的高效性。③在不同速率升降下,浮体的最大水平偏移量均未超过变幅水位的2%,证明其系泊装置具备较高的定位精度。研究表明,所提出的自驱互耦张紧式系泊装置能够有效实现浮式设施在无外力驱动下的自主升降,并保持良好的定位效果和稳定性。 展开更多

关键词 水位变幅 升降特性 自适应调节 模型试验

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金沙江堰塞湖溃决后淤积河段疏浚措施实验研究 被引量：1

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作者 冯云龙 王明 +2 位作者 侯极 张春泽 周勤 《中国农村水利水电》 北大核心 2024年第3期121-127,136,共8页

2018年金沙江上游因强降雨发生大型山体滑坡形成堰塞湖,堰塞湖溃决后大量泥沙随溃坝洪水向下游输移,导致下游河道形态及水流特性突变。某规划电站尾水河段受该事件影响,床面淤积6~10 m。为保障该电站如期正常建设,针对尾水河段上下游3 k... 2018年金沙江上游因强降雨发生大型山体滑坡形成堰塞湖,堰塞湖溃决后大量泥沙随溃坝洪水向下游输移,导致下游河道形态及水流特性突变。某规划电站尾水河段受该事件影响,床面淤积6~10 m。为保障该电站如期正常建设,针对尾水河段上下游3 km河道,开展动床物理模型试验研究,探索尾水河段设计水位恢复方案。河道演变分析表明,堰塞湖溃决后的第1年,工程河段河床单向显著冲刷;至2022年汛前,河道整体表现为上冲下淤,尤其弯道下游石滩显著生长发育。通过模型试验预测了工程河段2027年地形,届时河道床而仍较堰塞湖溃决前高1~6 m,需要采取疏浚措施才能保障规划电站尾水口水位降低至设计水位。为有效减小疏浚范围及疏浚量,详细分析了弯道下游新生石滩段的水沙特性及演变趋势,提出了下游先期局部疏浚,通过自然演变调整床面,再开展整体疏浚的整治方案。试验证明,该方案较直接疏浚方案缩短了疏浚长度,可减少约6.88万m3疏浚量。继续针对新方案开展淤积试验,由于上游电站已陆续建成使用,其拦蓄作用大幅减少了研究河段来沙量,在5个典型年的水沙作用下,研究河段床面整体保持相对稳定,仅尾水出口下游左侧呈现一定程度淤积,建议管理单位定期按需要进行必要的局部疏浚维护,以保障电站安全运行。 展开更多

关键词 堰塞湖 动床模型 河床演变 发电水位 疏浚

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基于损伤诱因反演的高桩码头结构健康评估 被引量：1

4

作者 周世良 唐盟涵 +2 位作者 孙世泉 徐瑛 谢雷 《水利水运工程学报》 北大核心 2025年第1期157-167,共11页

现有的码头结构评价方法具有滞后性,无法持续获取结构的安全信息。基于损伤诱因反演研究,综合码头常见的两种失效模式,引入承载力富余系数作为码头结构评价指标,依托机器学习方法开展损伤诱因强度、位置、承载力富余系数的预测。结果表... 现有的码头结构评价方法具有滞后性,无法持续获取结构的安全信息。基于损伤诱因反演研究,综合码头常见的两种失效模式,引入承载力富余系数作为码头结构评价指标,依托机器学习方法开展损伤诱因强度、位置、承载力富余系数的预测。结果表明:粒子群优化神经网络(Particle Swarm Optimization-Back Propagation,PSO-BP)模型对强度反演与承载力富余预测效果最好;粒子群优化支持向量机(Particle Swarm Optimization Support Vector Machine,PSO-SVM)优化模型对损伤诱因位置识别精度最高。本研究中PSO-BP与PSO-SVM模型预测精度较高,为基于损伤诱因反演的码头健康监测方法提供了状态评价指标,可为码头结构长期、动态评价提供参考。 展开更多

关键词 高桩码头 机器学习 损伤 反演 承载力

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上下游水深比对溃坝洪水最大波高演进影响

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作者 袁浩 钟恒毅 +1 位作者 周昔东 胡瑞昌 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第1期85-92,共8页

了解溃坝洪水演进过程中最大波高及其衰减过程,对水库下游洪水风险管理具有重要意义。研究基于大尺度水槽(长32 m、宽1 m、高1.2 m)实验,采用波高仪测量了溃坝波演进过程中波高随时间和空间的变化数据,以此研究不同上下游水深比α和坡度... 了解溃坝洪水演进过程中最大波高及其衰减过程,对水库下游洪水风险管理具有重要意义。研究基于大尺度水槽(长32 m、宽1 m、高1.2 m)实验,采用波高仪测量了溃坝波演进过程中波高随时间和空间的变化数据,以此研究不同上下游水深比α和坡度S对溃坝洪水最大波高演进形态、波速和衰减率的影响。此外,研究结合数值模拟对溃坝波波高进行了更深入的分析。研究结果表明:溃坝波的演进形态与上下游水深比α之间存在高度相关性,主要表现为两种典型形态:bore wave和undular wave。当上下游水深比α <0.4时,溃坝波以bore wave形式演进且溃坝波迅速爬升到稳定水位,此时溃坝波振幅小,且水面无显著波动;当上下游水深比α≥0.4时,溃坝波以undular wave形式演进且溃坝波会迅速爬升至最大值然后衰减,此时溃坝波振幅较大,且水面出现规则性波动。坡度S和上下游水深比α的变化影响波速和波速增长率。在相同α情况下,坡度S越大则波速和其增长率越大;在相同S情况下,上下游水深比α增大则波速变大且其增长率变小。对上下游水深比α=0.4~0.8的最大波高演进曲线采用Levenberg-Marquardt算法,进行非线性回归分析并构建最大波高衰减公式,同时通过数值模拟在x=21 m处进行验证,结果表明最大波高衰减公式和数值结果吻合良好。当上下游水深比α> 0.4时,溃坝波的最大波高衰减率都表现为首波的衰减率最大,然后衰减率逐渐减小为0。研究成果为深入理解溃坝洪水的演进过程提供重要支撑,同时为构建溃坝洪水灾害学提供理论依据。 展开更多

关键词 溃坝洪水 水深比 坡度 水力特性 演进规律

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平陆运河新坪水支流汇入口河段通航水流条件优化试验 被引量：2

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作者 杨亚男 周世良 +3 位作者 王云莉 严春浩 樊皓东 向美焘 《长江科学院院报》 北大核心 2025年第3期92-98,106,共8页

运河通航水流条件直接关系着船舶航行安全,通过整治工程能够有效改善对通航不利的水流条件。平陆运河工程对原河道加宽挖深后,原河道沿线汇入支流会与运河产生较大河底高程差,支流直接以高落差入汇会对干流通航水流条件产生不良影响。... 运河通航水流条件直接关系着船舶航行安全,通过整治工程能够有效改善对通航不利的水流条件。平陆运河工程对原河道加宽挖深后,原河道沿线汇入支流会与运河产生较大河底高程差,支流直接以高落差入汇会对干流通航水流条件产生不良影响。新坪水支流是其中与运河具有较大河底落差与较大交汇角度的代表性支流之一,为确保平陆运河通航顺畅,通过定床河工模型试验,研究新坪水支流汇入口河段通航水流条件,提出整治方案。结果表明:在运河修建基础上,加宽干支流河道、沿支流口增设消力池及导流堤后,各洪水工况下的通航水流条件均得到显著改善。研究结果能为类似河段航道整治提供参考。 展开更多

关键词 平陆运河 航道水流 支流汇入口 通航水流条件 定床物理模型

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一种基片式低温敏光纤EFPI应变传感器

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作者 沈浩凯 谢雷 +2 位作者 吴俊 周世良 陈廷锐 《仪表技术与传感器》 北大核心 2025年第7期6-11,106,共7页

为了满足结构健康监测系统中的长期精准应变测量需求,降低温度对传感器的影响,同时将微小应变放大。研制了一种改进基片型光纤EFPI应变传感器,理论分析了传感器的传感原理,通过仿真计算验证了增敏倍数,并在此基础上完成了传感器的封装... 为了满足结构健康监测系统中的长期精准应变测量需求,降低温度对传感器的影响,同时将微小应变放大。研制了一种改进基片型光纤EFPI应变传感器,理论分析了传感器的传感原理,通过仿真计算验证了增敏倍数,并在此基础上完成了传感器的封装制作与性能测试。结果表明:新型增敏结构将应变放大了约1.67倍。2个传感器样品的应变灵敏度分别为2.475 pm/με、2.321 pm/με,线性度分别为0.58%、0.32%,线性拟合度均高达0.999,表明2个传感器具有良好的重复性;温度灵敏度分别为1.71 pm/℃、1.63 pm/℃,应变-温度交叉系数分别为0.693με/℃、0.702με/℃,表现出较小的温度串扰效应。该传感器在结构应变测量中具有应用价值。 展开更多

关键词 应变测量 应变传感器 光纤 法布里-珀罗 基片式 灵敏度

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考虑阻力作用的碎石土滑坡涌浪数值模拟方法研究 被引量：5

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作者 薛宏程 彭杏瑶 +1 位作者 马倩 卿正阳 《人民长江》 北大核心 2023年第7期153-158,共6页

滑坡涌浪是库区水灾害的风险来源之一,开展涌浪预测研究对提升航道安全,减小近岸洪水风险具有重要的工程应用价值,但滑坡体入水形成涌浪的动力过程十分复杂,目前对其进行准确模拟仍是棘手的问题。基于等效流体假设,将非均质的碎石土滑... 滑坡涌浪是库区水灾害的风险来源之一,开展涌浪预测研究对提升航道安全,减小近岸洪水风险具有重要的工程应用价值,但滑坡体入水形成涌浪的动力过程十分复杂,目前对其进行准确模拟仍是棘手的问题。基于等效流体假设,将非均质的碎石土滑坡视为连续的特殊流体,通过自定义函数编写滑坡体沿滑动面运动的摩擦阻力程序,利用Realizable k-ε湍流模型与VOF法建立了碎石土滑坡涌浪数值模拟模型。研究结果表明:该方法可较好地模拟碎石土滑坡体水下运动与堆积形态,且获得的涌浪波幅精度较高;阻力模型中摩擦系数与内摩擦系数同滑坡体的变形速率分别成反比关系,而湍流阻力系数增大仅能减缓滑坡后缘的变形速率。研究成果可为定量评估碎石土滑坡涌浪灾害风险、制定库区涌浪灾害紧急避险预案提供参考。 展开更多

关键词 滑坡涌浪 数值模拟 等效流体 k-ε湍流模型 VOF模型

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阀后管道突扩对控制阀门流阻特性的影响 被引量：6

9

作者 王蛟 胡亚安 +1 位作者 陈亮 王召兵 《流体机械》 CSCD 北大核心 2024年第1期41-47,共7页

为准确地描述非均匀流条件下控制阀门阀后采用突扩管道后的流阻特性,针对典型控制阀门(活塞式调流阀与固定式锥形阀),采用物理模型试验与理论分析方法,基于阀后突扩管道内的流场结构及试验段压力特性,研究阀后管道突扩对典型控流调压阀... 为准确地描述非均匀流条件下控制阀门阀后采用突扩管道后的流阻特性,针对典型控制阀门(活塞式调流阀与固定式锥形阀),采用物理模型试验与理论分析方法,基于阀后突扩管道内的流场结构及试验段压力特性,研究阀后管道突扩对典型控流调压阀门流阻特性的影响规律。结果表明,不同阀型采用相同突扩体时的流阻特性变化程度不同,阀型的影响主要体现在改变了突扩体的入流、出流条件。在规范公式的基础上,考虑阀门出流流场结构(突扩体入流条件)与水流缩脉(突扩体出流条件)的影响,分析得到管道突扩比与阀门流量系数的定量关系,规范计算值与试验值的最大差异约为8%,优化公式计算值与试验值最大差异约为1%,说明改进后的突扩体流阻系数公式的计算精度较规范公式有所提高。研究结果可为高压差、大流量调流调压系统管路设计提供参考。 展开更多

关键词 控制阀门 突扩体 流量系数 流场结构 水流缩脉

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基于格子玻尔兹曼方法的附壁型空化泡演化模拟 被引量：3

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作者 袁浩 詹蝶 +1 位作者 宋翔 孙倩 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2024年第4期7-13,共7页

依托热流耦合格子玻尔兹曼方法,探究了壁面润湿性与液相黏滞系数对附壁型空化泡演化的影响,并基于双粒子分布函数的热流耦合伪势LBM空化模型对接触点开展了受力分析。结果表明:对于润湿性壁面,演化过程中动态接触角持续大于平衡态接触角... 依托热流耦合格子玻尔兹曼方法,探究了壁面润湿性与液相黏滞系数对附壁型空化泡演化的影响,并基于双粒子分布函数的热流耦合伪势LBM空化模型对接触点开展了受力分析。结果表明:对于润湿性壁面,演化过程中动态接触角持续大于平衡态接触角,导致其产生的非平衡杨氏力在空化泡生长期间产生迟滞效应,而在溃灭期间则加速了接触点的坍缩;对于非润湿性界面,非平衡杨氏力引发的迟滞效应在溃灭初期减缓了空化泡接触点的坍缩,而在最终溃灭阶段由于界面的剧烈形变,非平衡杨氏力加速了接触点坍缩;溃灭时刻微射流体积与平衡态接触角的余弦函数之间存在指数关系;黏滞系数增大会减小微射流体积,同时延长空化泡演化时间。 展开更多

关键词 附壁型空化泡 接触点动力机制 壁面润湿性 黏滞系数 格子玻尔兹曼方法

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相向对撞壁面射流分区及扩展数值模拟

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作者 袁浩 梁浩然 +1 位作者 谢春航 胡瑞昌 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2024年第11期102-108,共7页

为了揭示相向对撞壁面射流中径向和垂向射流特性,采用RNG k-ε模型对相向对撞壁面射流进行三维精细模拟,分析相向对撞射流产生的径向射流、垂向射流的分区结构和扩展率,探讨初始雷诺数和喷嘴间距对射流扩展率的影响。结果表明,径向射流... 为了揭示相向对撞壁面射流中径向和垂向射流特性,采用RNG k-ε模型对相向对撞壁面射流进行三维精细模拟,分析相向对撞射流产生的径向射流、垂向射流的分区结构和扩展率,探讨初始雷诺数和喷嘴间距对射流扩展率的影响。结果表明,径向射流和垂向射流分区结构类似,但流场中形成的径向和垂向漩涡影响范围不同。射流初始雷诺数对径向射流扩展率影响不明显,喷嘴间距对径向和垂向射流的扩展率影响明显,且喷嘴间距越大,径向射流和垂向射流的扩展率越大。此外,喷嘴间距对射流发育过程有一定影响,喷嘴间距越小,射流到达最大速度点所需时间越短、射流发育过程越快。 展开更多

关键词 相向射流 壁面射流 射流分区 射流扩展

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大型通航隧洞建设发展现状分析与拖曳通航演进趋势

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作者 王齐 吴俊 +2 位作者 王伟 黄龙江 周世良 《重庆交通大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期34-42,共9页

通航隧洞作为打通山区航道关键卡口及实现通航建筑物间有效衔接的通航方式,成为了乌江等多条高等级航道枢纽提档扩能的首选方案。笔者调研了大型通航隧洞的行业需求与发展现状,分析了自航式通航隧洞面临的断面尺度要求高、施工开挖难度... 通航隧洞作为打通山区航道关键卡口及实现通航建筑物间有效衔接的通航方式,成为了乌江等多条高等级航道枢纽提档扩能的首选方案。笔者调研了大型通航隧洞的行业需求与发展现状,分析了自航式通航隧洞面临的断面尺度要求高、施工开挖难度大、船舶通航安全不可控等技术瓶颈;针对自航式通航隧洞技术瓶颈,总结了顶部拖曳式、岸侧拖曳式等拖曳式通航隧洞方案,对比分析了各种方案在隧洞断面尺度、安全风险、通航效率、环境友好等方面的适用特点,针对拖曳式通航隧洞内船水复杂流固耦合作用分析,提出了亟待解决的4个层面的关键技术难题;展望了通航隧洞将船舶“自航方式”向“非自航拖曳方式”转变带来的4个“标准化”要求;最后,通过1:40的拖曳通航隧洞物理模型试验得出:在隧洞宽度30 m,不同水深条件下,船舶拖曳航行总阻力随弗劳德数增大而增大,相同拖曳速度下,船舶拖曳航行总阻力随水深的增加而减小。为通航隧洞在乌江航道扩能提供了些许思路。 展开更多

关键词 航道工程 通航隧洞 发展现状 拖曳通航 四个“标准化” 趋势展望

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基于格子玻尔兹曼方法的近壁区空化泡生长溃灭过程模拟 被引量：6

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作者 冉彬君 汪磊 +1 位作者 袁浩 何小泷 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2023年第5期32-37,共6页

基于格子玻尔兹曼热流耦合模型,兼顾温度场与流场的相互影响,对近壁区空化泡的生长和溃灭过程开展了系统研究,分析了泡壁无量纲距离和初始输入温度对空化泡演化过程和溃灭强度的影响,并对比了被动标量模型与热流耦合模型的差异。结果表... 基于格子玻尔兹曼热流耦合模型,兼顾温度场与流场的相互影响,对近壁区空化泡的生长和溃灭过程开展了系统研究,分析了泡壁无量纲距离和初始输入温度对空化泡演化过程和溃灭强度的影响,并对比了被动标量模型与热流耦合模型的差异。结果表明:空化泡受壁面限制,生长过程中无法保持圆形,其最大半径与泡壁无量纲距离之间存在幂函数关系,当泡壁无量纲距离大于1.6时,则为线性关系;空化泡最大半径与输入能量为线性关系,与初始输入无量纲温度之间存在幂函数关系;热流耦合模型考虑了高温对表面张力的影响,与被动标量模型模拟结果相比,其溃灭阶段获得的射流体积更大,微射流更集中,但溃灭强度更小。 展开更多

关键词 空化泡 初生 溃灭 格子玻尔兹曼方法 被动标量法

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