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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 GAMBIT20

2.8.2 FLUENT20

2.8.3 TECPLOT21

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