作用在裂隙中的渗透力分析

裂隙岩体中流体对岩体的作用力, 是研究岩体稳定性的重要问题。本文认为流体作用于裂隙壁面上的力包括两部分, 即垂直于裂隙壁面的流体静水压力 (导致裂隙垂向变形)和平行于裂隙壁面的拖曳力 (导致裂隙切向变形), 此拖曳力为面力。文中以单裂隙水流的立方定律为基础, 运用流体力学的动量方程, 推导出了单一平直光滑无充填裂隙、有充填的裂隙及水流和充填物一起运动情况下, 裂隙壁面承受的切向拖曳力公式。该公式对于分析流体对裂隙岩体变形性能及强度的影响具有重要价值。     

用无单元法求解河道水流运动方程

本文通过引入滑动最小二乘法和有限差分法,得到水动力学无单元计算法并应用于复杂边界的河道水流运动方程,实际计算表明,该方法精度高,速度快,稳定性也较好。     

推移质输沙量的计算及其应用

基于推移质输沙率与水流动力条件之间的关系,提出了一种计算年平均推移质输沙量时,代表性水流动力条件的选择方法,同时将断面分为若干子断面进行计算,可以解决推移质沿断面不均匀输移的计算困难,计算过程中还考虑了推移4质级配的逐时变化。所提出的计算方法应用于黄河青铜峡水库,计算了年平均推移质量,结果与实测淤积量符合很好。     

明渠条件下单丁坝绕流特征的数值模拟Numerical simulations of flows around a single spur dike in an open channel

丁坝结构广泛应用于水利工程中,用以调整水流和护滩固堤,维护优良的水道通航条件。针对单丁坝局部水流,基于非结构网格,采用有限体积法（FVM ）,建立了三维自由表面水流模型,湍流模型采用S‐A一方程模型。针对非淹没、正挑单丁坝,开展了系列 Fr数条件下的水流模拟。重点分析丁坝局部流动结构,探讨丁坝坝根处局部涡系演化等特征,研究了丁坝下游回流区长度和宽度的变化,总结了丁坝引起的剪切流的沿程变化特征。     

混凝土面板砂砾石坝漫顶溃坝数值模拟

通过溃坝案例的现场调查和水槽模型试验，建立了面板砂砾石坝漫顶溃坝数学模型，以模拟水流特性、砂砾石料以及混凝土面板三者之间的相互作用。该模型主要由3部分组成：(1)考虑漩涡水流和砂砾石料之间的冲蚀特性，引入RNG k-ε湍流模型模拟漩涡水流的反向侵蚀；(2)通过泥沙输移公式和流体体积法(VOF法)追踪砂粒与水流侵蚀交界面，并考虑了砂砾石料的孔隙特性；(3)基于弯矩平衡法判定混凝土面板在自重和水荷载作用下的破坏过程。通过水槽模型试验对数学模型进行验证，结果表明，建立的数学模型能够准确地模拟溃决过程中漩涡水流对大坝的反向侵蚀和面板溃口的详细演化过程；该模型计算的溃口流量、堆石体溃口的发展、溃坝历时以及面板的折断长度，与实测数据的相对误差均小于15%,验证了模型的合理性。与参数化模型相比，本研究提出的溃坝模拟数学模型具有更详细的结果。     

钝体表面附着物对低速水流压电俘能器性能影响研究

低速水流能可作为可再生能源的重要补充,适用于低速水流能开发的压电俘能器已在流场中表现出了优异的性能.而在钝体的表面增加附着物可影响压电俘能器的能量转换.通过改变附着物的形状、凸起高度和凹陷深度探究其对驰振式压电俘能器输出特性的影响.利用拓展的哈密顿原理建立俘能器的机械控制方程,引入高斯定理建立电场-位移控制方程,并基于准稳态假设计算驰振的水动力及力矩,进而得到压电俘能器机电耦合分段参数模型.用伽辽金法离散悬臂梁的位移,并在此基础上解耦控制方程,从而得到输出功率及悬臂梁位移近似解.通过水槽实验获得压电俘能器输出功率的实验值,并验证了数学模型的准确性.结果表明:0.51 m/s流速下,-2 mm椭球型凸起的压电俘能器RMS功率为1.411 mW,与无附着物的椭圆柱相比增幅为69.88%;当钝体包裹6 mm凸起的圆柱型附着物时,悬臂梁末端的振幅为3.07 mm,相比于无附着物的情况降低了84.83%.三维数值模拟的结果表明凸起、凹陷为2 mm附着物的应用会使在钝体上形成的压差升高,进而加剧流致振动,且会影响从钝体两侧脱落涡的大小及强度.