文档介绍：河海大学
博士学位论文
黄河河道实体模拟若干设计理论及其应用
姓名:姚文艺
申请学位级别:博士
专业:水力学及河流动力学
指导教师:严忠民
20051120
摘要模型试验是一项重要的科学研究方法之~。对于黄河这类水流含沙量高且水沙搭配关问题研究中,往往需要采取结合实体模型试验或以实体模型试验为主的综合研究手段。因此,针对黄河河道实体模型试验中存在的若干模拟理论与技术进行攻关,对于平有着很大的实践意义,同时,这也是促进我国水科学研究实验领域发展的重要课题。床演变学、河流地貌学、水动力学及相似法则的理论,针对黄河实体模型试验中常遇参考依据。论文的主要创新内容包括根据河流地貌系统理论及实体模型相似理论,提出了用于河型变化段的河工动床模型“分段设计,过渡处理”的设计方法;基于能量守恒原理和水动力学方法,探讨了多泥沙河流河工动床模型“人工转折”设计的原理、原则和方法,并给出了黄河下游河道弯曲性窄河段河工动床模型的设计实例;依据河床演变学的原理,结合数值模拟的方法,提出了“松驰边界”试验方法。本论文提出的河型变化段河工动床模型设计方法、“人工转折”模型设计方法及在河流工程问题尤其在河床演变这类过程复杂、三维性突出的问题研究中,实体系不合理、河床冲淤剧烈且堆积性强、河势调整迅速且摆动幅度大的河流,其演变过程有着更为突出的复杂性和特殊性,由此,也就决定了在一些重大、复杂的河流治理实现我国大江大河尤其诸如黄河等多泥沙河流治理的现代化,提高江河治理的科技水本论文利用理论分析、数值计算、实体模型试验验证和应用检验的手段,基于河到的一些试验方法与技术问题进行研究,并将提出的设计理论和方法在黄河河道治理的模型试验中得到了应用检验,不仅证明了这些方法的合理性,同时,在河道整治理论和规律方面也取得了不少认识,为黄河下游河道治理的工程实践提供了很有价值的“松驰边界”试验技术已得到成功应用;得出的有关黄河下游河道治理的研究成果已在黄河治理实践中被采纳。关键词:河工动床模型;模拟理论与技术;模型试验;河流模拟;河道整治;黄河認海大学博士学位论文
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刚在葛洲坝、三峡、小浪底等大型水利水电工程的建设中,均配合规划、设计、施理及航道整治中也都借助于实体模型试验的方法,对有关的应用基础问题及关键技术开展了~系列的试验研究。实体模型试验殖莆锢砟P褪匝是以模型来揭示原型模拟对象男翁⑻卣骱捅局实目蒲Х椒ā=徊剿担堤迥P褪匝槭侨嗣腔谙似的概念和理论,对某些自然现象进行实体模拟,并据此定量或定性揭示自然现象的内在规律,藉以满足工程设计和理论研究之需要的一种科学方法。长期以来,在河流一涛侍饧霸诤哟补谈丛印⑷酝怀龅暮哟惭荼湮侍庋芯恐校堤迥P褪匝橐恢相似理论为河流实体模型试验方法的建立和发展奠定了重要的理论基础。以于年制作的第一个水工模型为标志,记录了河工模型试验方法的正式建立;。其后,尤其在世纪年代以前,河工模型试验理论、方法与技术在国外得到广泛发展,河工模型试验在解决诸如密西西比河、莱茵河、伏尔加河等河道整治、水利枢纽建设的重大关键技术方面都得到了广泛应用。在历届的国际水利学大会、国际河流泥沙学术讨论会均有河二菏体模拟方面的议题或论文,由此也从一个侧面说明了实体模拟试验的方法在国际水科学问题研究中的重要作用。白世纪年代以来,随着计算机技术的迅猛发展,在美国等一些国家,河流数值模拟的方法在解决河流问题中则逐渐居于主导的地位,而我国主要在世纪年代才开展了大量的水流和泥沙模型试验。中国水利水电科学研究院、南京水利科学研究院、黄河水利科学研究院、清华大学、天津大学及武汉大学水利电力学院等,对河道挟沙比尺模型的相似律问题分别进行了不同程度的探讨,同时,对空气动力学模型试验在河道模型试验中的应用,关于自然河工模型模拟方法、模型沙絮凝及板结问题的处理技术等也开展了卓有成效的研究。从世纪年代初开始,为了解决葛溯坝水利枢纽工程部分关键性技术问题,建造了个大型的水流、泥沙整体模型,进行试验研究工作。这在国际、国内是没有先例的。随后,罱工及管理开展了大量的模型试验研究工作;在长江、黄河、钱塘江等大江大河河道治扮演着莺要的角色。利·达芬奇提出的水科学研究原则和牛顿.、Ⅳ创立的河工实体模拟的方法则发展趋缓。扣4笱Р┦垦宦畚
为建设小浪底水利枢纽、三峡水利枢纽,国内相关单位又开展了大量的模型试验工作,与此同时,也促进了对模型相似律问题的讨论,特别是关于正态与变态的问题、细颗粒模型沙问题、阻力平方区问题等。此外,还对各类模型沙的物理特性及水力特性、模