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第1章 绪论 1

1.1 船闸水动力学研究的主要内容 1

1.2 研究现状 1

1.2.1 阀门水动力学 1

1.2.2 输水系统水动力学 2

1.2.3 消能工水动力学 3

1.2.4 闸室船舶系缆力 3

1.2.5 引航道水动力学 4

1.3 本书内容 5

第2章 船闸水动力学三维数值模拟的理论基础及方法 6

2.1 紊流基本控制方程 6

2.2 紊流模型 6

2.2.1 直接数值模拟 6

2.2.2 雷诺时均法 7

2.2.3 大涡模拟 10

2.3 方程离散 10

2.3.1 二维情况 11

2.3.2 三维情况 14

2.4 压力修正算法 14

2.5 边界条件 15

2.5.1 进出口边界条件 15

2.5.2 近壁处理 15

2.6 自由水面的VOF法模拟 17

2.7 动网格技术 18

2.7.1 弹簧光顺法 18

2.7.2 局部网格重构法 19

2.8 CFD软件应用 20

2.8.1 GAMBIT 20

2.8.2 FLUENT 20

2.8.3 TECPLOT 21

2.8.4 CFD软件在船闸水动力学中的应用 21

2.9 小结 22

第3章 船闸阀门水动力特性数值模拟 23

3.1 概述 23

3.2 几何模型 23

3.3 计算工况 24

3.4 网格剖分及边界条件 25

3.4.1 网格剖分 25

3.4.2 边界条件 26

3.5 流量时空演化 26

3.6 流态及流速时空演化 28

3.7 压力时空演化 61

3.7.1 平面阀门方案 61

3.7.2 设计方案 67

3.7.3 门型比较 74

3.7.4 优化方案 74

3.8 紊流动能k、紊流动能耗散率ε分布 86

3.9 小结 90

第4章 船闸整体输水系统水动力特性数值模拟 91

4.1 概述 91

4.2 几何模型 91

4.3 网格剖分及边界条件 93

4.4 模型验证 93

4.4.1 水位、流量验证 93

4.4.2 流速验证 94

4.4.3 闸室水体紊动特性验证 97

4.5 闸室水力特性 97

4.5.1 闸室断面流线、流场分布 98

4.5.2 闸室自由水面紊动情况 104

4.5.3 格栅孔出流流量分布 107

4.6 小结 108

第5章 船闸消能工消能特性数值模拟 109

5.1 概述 109

5.2 格栅消能 109

5.2.1 消能效果 109

5.2.2 消能水流结构和机理 111

5.3 明沟消能 116

5.3.1 几何模型 116

5.3.2 模型验证 116

5.3.3 计算工况 118

5.3.4 成果分析 118

5.4 明沟与盖板消能比较 127

5.4.1 几何模型 127

5.4.2 模型验证 128

5.4.3 流速分布 131

5.4.4 流态比较 141

5.4.5 流速比较 141

5.5 小结 142

第6章 闸室船舶系缆力数值模拟 143

6.1 概述 143

6.2 计算条件 143

6.2.1 船体参数 143

6.2.2 船舶约束边界 143

6.3 计算原理 145

6.3.1 船舶纵向和横向受力方程 145

6.3.2 船舶运动方程 146

6.4 “船舶—水流”耦合作用并行计算程序 147

6.4.1 并行原理及并行结构 147

6.4.2 程序设计与调试 148

6.5 数值方法与验证 149

6.5.1 数值方法 149

6.5.2 船舶位移及系缆力验证 152

6.5.3 数值模拟结果分析 154

6.6 小结 159

第7章 船闸引航道水动力数值模拟 160

7.1 概述 160

7.2 引航道数学模型的建立 160

7.2.1 二维水流数学模型 160

7.2.2 几何模型及网格剖分 163

7.2.3 数模验证 165

7.3 计算工况及通航安全指标 167

7.3.1 双线船闸运行方式 167

7.3.2 特征水位组合 167

7.3.3 计算工况与水位组合 168

7.3.4 通航安全指标 168

7.3.5 测点布置 168

7.4 上引航道非恒定流计算成果分析 169

7.4.1 双线船闸同时运行 169

7.4.2 一线船闸单独运行 173

7.4.3 二线船闸单独运行 176

7.4.4 一线船闸先开，二线船闸后开 179

7.4.5 二线船闸先开，一线船闸后开 183

7.5 下引航道非恒定流计算成果分析 186

7.5.1 双线船闸同时运行 186

7.5.2 一线船闸单独运行 190

7.5.3 二线船闸单独运行 193

7.5.4 二线船闸先开，一线船闸后开 196

7.6 船闸灌、泄水对上、下引航道通航条件的影响分析 199

7.6.1 船闸灌水对上引航道通航条件的影响 199

7.6.2 船闸泄水对下引航道通航条件的影响 202

7.7 小结 204

参考文献 205

彩色图版 209