进水口漩涡形成机理与缩尺效应

研究水工建筑物进水口漩涡形成的主要影响因素；完善其形成机理；研究水工模型试验中缩尺对漩涡的影响；提出模拟进水口漩涡的模型设计与试验方法。..水工建筑物进水口漩涡现象很普遍，运动规律很复杂，有些类型的漩涡将严重危害工程安全，一般需通过水工模型试验研究。然而，由于缩尺效应，利用模型试验预测漩涡严重程度是否可靠，一直是备受关注的问题，至今没有令人信服的研究成果。本项目的研究成果对模拟水工建筑物进水口漩涡 2100433B

抽水马桶冲水时，水流会产生一个旋涡流下排水空。有理论称，在北半球，水流旋涡是朝逆时针方向的；而在南半球，则是顺时针旋转的。而之所以出现这种现象，是由于地球自转的缘故。在水利工程中，立轴漩涡是一种常见的水力现象。在一定的泄流条件下，电站引水和泄水建筑物的进口均有可能产生立轴漩涡。漩涡的存在，将会恶化进口流态、降低过流能力、减少发电量、加剧水流脉动，甚至破坏水工建筑物和水轮机组。因此，立轴漩涡的研究具有重要的科学意义和广泛的应用前景。

1.通过模型试验对数值模拟的成果进行了验证。通过对漩涡的大小、形状、位置、质点运动轨迹等方面的对比分析，模型试验和数值模拟结果基本吻合，说明数值模拟在一定程度上可以再现模型试验中的漩涡，验证了模拟的可信性。2.进口周围地形对漩涡的影响可通过速度环量这一参数来反映，因此有必要对环量的变化规律进行分析。3.当进水口形式设计不合理，或平面布置不对称时，来流在进水口上方形成一定的初始环量，对于漩涡的产生有着重要的影响。通过数值模拟的方法从胸墙后倾、进水口伸入水库的距离、边墙对进水口的影响和来流与进水口夹角四个方面进行了分析得出：(1)胸墙倾角超过30°时，进水口上方易产生漩涡;(2)进水口伸入水库超过0.5倍管径时进水口上方易产生漩涡;(3)进水口在靠近边墙较小的范围内易受边墙的影响而产生漩涡;(4)进水口上方漩涡强度随来流与进水口间夹角的增大而增强。

准确获取极端天气条件下近岸海域的波浪要素是保障港口与海岸工程设计安全的前提条件，因此研究台风、温带气旋和寒潮等大风过程中波浪的生成与演化具有重要意义。近年来，海浪数值模拟已成为研究近岸波浪的重要手段，而风场数据的合理性直接影响着波浪模拟结果的合理性。另外，近岸海域波浪模拟还需要考虑潮流的影响。为此，本文采用中尺度大气模式WRF来模拟风场以获取高精度风场数据，采用FVCOM二维潮流模式模拟近岸流场，采用SWAN海浪模式模拟波浪场，建立了大气-海洋-海浪模型系统，对台风及温带风暴过程中的近岸波浪进行模拟。论文的主要研究内容和结论如下：

1、通过对比分析，合理确定了台风及温带风暴风况下WRF模式的各种参数，并对两种风况下大气数据同化的效果进行了分析。结果表明数据同化对台风的结果影响较大，对温带风暴过程的结果影响较小。为了使数据同化的效果更明显，需要更多的实测数据来进行同化。

2、将WRF模型计算数据与QSCAT/NCEP混合风场数据及QSCAT/NCEP与台风模型合成风场数据进行了比较，结果表明WRF模型的计算结果明显优于其它两种风场数据，WRF模型计算值较其它数据更接近实测数据，可以比较合理地描述台风和温带风暴大风过程的风速、风向，可为近岸波浪场的模拟提供高精度风速。

3、利用FVCOM二维潮流模式和SWAN海浪模式模拟2007年韦帕台风及2007年3月温带风暴潮流和波浪过程，将模拟结果与实测值进行对比验证，结果表明数值模型能很好地模拟台风和温带风暴过程的潮流和波浪。

4、对台风风场作用下波浪变化规律进行了分析，结果表明在台风旋转风场的作用下波浪的传播方向会发生改变，波向逐渐变为与台风风向一致，并形成旋转的波浪场，但波浪场漩涡的位置相对风场漩涡的位置存在一定的滞后性。

5、对浅水区域潮流对波浪的影响进行了分析，结果验证了近岸区域潮流对波浪作用的显著性，在近岸波浪计算时需要考虑潮流的作用。

双反射的形成机理，一般认为非均质物体双反射的显著程度取决于物体的相对双反射率(ΔR')，而与物体的绝对双反射率(ΔR )没有太大的关系。

式中R₁和R₂分别为物体最大（最高）和最小（最低）的主反射率。