DLT 5748-2017 水电水利工程航道水力学模拟技术规程

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DLT 5748-2017 水电水利工程航道水力学模拟技术规程

5.2.1模型范围、模型比尺符合下列要求: 1模型试验范围应根据试验目的和要求,并结合水流、河道 情况和工程建筑物对上下游河道影响范围确定,应保证试验河段 进出口具有一定长度的调节段; 2模型应采用正态模型,模型几何比尺宜大于1:125 5.2.2模型试验的最小水深应不小于0.03m。 5.2.3 模型地形糙率宜为0.012~0.030。 5.2.4 船模总操纵衡准参数或船模回转性参数和航向稳定性参数 应基本保持相似。并符合下列要求: 1无因次的船模应舵性指数T'值宜大于实船的T值,允许 偏差为5%。T应按下式计算:

T'= T(V, / L,) 式中:T一船模(实船)应舵性指数,S; V.船模(实船)静水航速,m/s:

T'= T(V, / L,) )应舵性指数, )静水航速YY/T 1750-2020 超声软组织切割止血手术设备,m/

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L一一船模(实船)几何长度,m。 2无因次的船模回转性指数K值与实船K值的允许偏差为 20%。K应按照下式计算:

K'=K(L,/V)

5.2.7船模设计应符合下列要求!

1设计代表船型及代表船队应根据航道等级、通航工程的设 计要求及发展规划确定; 2船模比尺应与航道模型的比尺相同,船体按几何相似要求 设计,达到线型、排水量和重心位置相似; 3船模制造范围可为船舶甲板以下部位,自航船模尚应包括 船能及船机和螺旋浆; 4船舵和螺旋桨的几何尺度、安装位置应和实船保持基本 相似。

5.3.1按照设计要求进行模型制作及安装。 5.3.2模型地形制作可采用断面法、等高线法。地形变化较缓的 区域:断面间距原型50m~80m,等高线间距原型3m~5m;地

5.3.1按照设计要求进行模型制作及安装。

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形变化复杂的区域:断面间距原型30m~50m,等高线间距原型 1m~3m,并根据实际地形情况对深坑或突出地形进行局部加密 处理。 5.3.3河道及建筑物模型制作和精度应按《水电水利工程常规水 工模型试验规程》DL/T5244控制, 5.3.4船模船体表面应光滑,成型后不易变形。船模螺旋桨及舱 的尺寸与位置应满足5.2.4条的要求。 5.3.5船模制作精度应符合下列要求: 1船模单船长度允许偏差为土2mm,宽度允许偏差为土1mm, 水线刻度允许偏差为±0.5mm; 2船模重心位置允许偏差为土2mm; 3船队编队后的尺度允许偏差为土1%,编队船舶间的联结 方式宜为硬联结。 5.3.6船模舵机应运转自如,操舵角允许偏差为土0.5°,满舵舱 角允许偏差为土1.0°,转舵速度应与实船相似。

形变化复杂的区域:断面间距原型30m50m,等高线间距原型 1m3m,并根据实际地形情况对深坑或突出地形进行局部加密 处理。 5.3.3河道及建筑物模型制作和精度应按《水电水利工程常规水 工模型试验规程》DL/T5244控制, 5.3.4船模船体表面应光滑,成型后不易变形。船模螺旋桨及舵 的尺寸与位置应满足5.2.4条的要求。 5.3.5船模制作精度应符合下列要求: 1船模单船长度允许偏差为土2mm,宽度允许偏差为土1mm, 水线刻度允许偏差为±0.5mm; 2船模重心位置允许偏差为土2mm; 3船队编队后的尺度允许偏差为土1%,编队船舶间的联结 方式宜为硬联结。 5.3.6船模舵机应运转自如,操舵角允许偏差为土0.5°,满舵舵 角允许偏差为土1.0°,转舵速度应与实船相似。

5.4.1航道水力学模型试验常用的设备及测量仪器仪表应满足

5.4试验设备与测量仪器

1通航水流条件测量仪器:水位计、流量计、波高仪、流 速仪。 2船模航行参数测量仪器:高空广角摄影机或船模激光轨迹仪。 5.4.3在进行有船闸充(泄)水、电站日调节等航道水力学模 型试验时,应根据试验要求配置非恒定流试验的控制设备及测 量仪器。 5.4.4试验使用的通用测量仪器,经过检定或校准合格并在有效 期内,且其技术指标符合试验要求。航道水力学试验测量的准确 度要求见附录A。

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5.4.5船模航行状态的模拟和测量应采用遥控自航船模系统,实 时测量船模运动坐标和航行动态参数。船模航行状态的模拟和测 量应符合下列规定: 1在试验范围内应具有良好的稳定性和抗干扰性能; 2船模的遥控设备应准确执行驾驶操纵指令、控制舵角和主 机工作; 3船模运动的定位允许偏差应小于土20mm。

5.4.5船模航行状态的模拟和测量应采用遥控自航船模系统,实 时测量船模运动坐标和航行动态参数。船模航行状态的模拟和测 量应符合下列规定: 1在试验范围内应具有良好的稳定性和抗干扰性能; 2船模的遥控设备应准确执行驾驶操纵指令、控制舵角和主 机工作; 3船模运动的定位允许偏差应小于土20mm。

5.5.1模型应进行水位验证和糙率校正,并符合下列要求: 1山区河流洪、中、枯水期流量的水位允许偏差应分别为原 型±0.20m、±0.15m和±0.10m; 2平原河流洪、中、枯水期流量的水位允许偏差应分别为原 型±0.15m、±0.10m和±0.05m。 5.5.2模型应进行断面流速验证,断面流速分布规律应与原型基 本一致,流量允许偏差为土5%。 5.5.3自航船模应在水池中进行船模吃水深度、配重及静水航速 相似验证率定,船模在零舵角的条件下应保持直线航行。 5.5.4船模应进行标准Z形试验,由试验求出衡准船模操纵性的 主要参数K'、T值。比较船模与实船的操纵性衡准,要求船模的 总操纵参数低于实船的10%左右为宜,否则,应进行比尺效应 修正。

5.6.1根据不同工程布置方案和不同水位流量组合条件进行试 验。设计有要求时,应进行船闸充泄水、水库日调节等非恒定流 对船舶航行影响的试验。

5.6.1根据不同工程布置方案和不同水位流量组合条件进行试

5.6.2航道水力学参数的观测应包括下列内容:

1航道沿程流态:回流、斜流、往复流、泡水、漩涡、绕流、

跌水等水流流态; 2航道水流流向、流速分布; 3水面坡降:沿航线方向每隔一船长应设测点观测纵向坡 降,横向坡降的测点可视需要而定; 4航道内水深; 5航道上、下游口门冲淤情况; 6口门区、引航道内及船舶停泊区的水面波浪; 7非恒定流参数:流速随时间变化过程,往复流的周期和强 度变化,航道内水位日变幅及小时升降率等。 5.6.3自航船模航行参数的观测应包括下列内容: 1船模对岸航速; 2航迹线和船位线; 3舵角、向角、航向角和漂角; 4漂移距离、航行水域宽、会船间距、岸距

5.7.1模型验证试验应整

5.7试验资料整理与分析

资料,并与原型实测资料对比、分析验证结果。 5.7.2航道模型试验资料整理应包括下列内容 1航道范围内的回流、泡水和漩涡等流场流态图: 2航道的流速分布、水面线、水面坡降、水面波动和水深; 3航道、船闸进出口口门等冲淤情况; 4航道内船模的航态图和航行参数变化过程线,包括:用舵 过程线、对岸航速过程线、航迹线、漂角过程线; 5对于船闸充泄水、水库日调节等非恒定流,应整理航道停 泊区水位和流速随时间变化过程线。 5.7.3航道模型试验成果分析应包括下列内容: 1列出不同工程布置方案和不同水位流量组合条件下通航 水流条件和船舶航行参数,论证通航水流条件,提出推荐的工程

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布置方案和航线; 2描述流态、流速、水面比降、水位波动及往复流特性对航 道运行、通航建筑物运行、船舶停泊和航行的影响; 3列出航道、口门区等冲淤情况,提出航道口门区防沙清淤 和改善水流条件的意见和建议

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6.1.1航道水力学数值模拟宜包含水流运动数值模拟与泥沙输移 数值模拟,研究工程修建前后航道冲淤变化不大的水力因素变化 时,宜采用水流数值模拟;研究工程修建前后航道冲淤变化较大 及由此引起的水力因素变化时,宜采用水沙数值模拟,并根据研 究河段的泥沙特性可选用推移质模拟或悬移质模拟。 6.1.2研究长时期内长河段的水流、河床变化,宣采用一维数值 模拟进行研究。研究坝区航道(含中间渠道及通航建筑物上下游 引航道)、施工期航道、受跨河建筑物影响的航道等短河段的通航 水流条件等,宜采用二维数值模拟进行研究。如水流泥沙因子三 维特性明显时,可采用三维数值模拟进行研究 6.1.3航道、港口工程及过河建筑物工程方案模拟应符合下列 规定。 1浅滩、汉道及港口疏浚或整治的工程方案模拟宜用平面 维数值模拟。 2对水流模拟或泥沙模拟的选择应依据河床变形强度和需 要确定;对推移质模拟、悬移质模拟或全沙模拟的选择应依据研 究河段的泥沙特性确定。 6.1.4数值计算格式应该满足相容性、收敛性和稳定性要求。 6.1.5数值求解方法可采用控制体积法和有限差分方法等。

6.2.1水流模拟的初始条件应包括计算区域内的初始水位和流

6.1控制方程及数值求解方法

6.2初始条件及边界处理

5.2.1水流模拟的初始条件应包括计算区域内的初始水位和流

速。泥沙模拟的初始条件还应包括计算区域内的初始床沙级配 分布。 6.2.2水流模拟的边界条件应包括上游入流边界给定流量、下游 出流边界给定水位,干湿边界宜采用动边界技术模拟。泥沙模拟 还应给出入流边界上来沙过程及其颗粒级配。 6.2.3当计算区域内出现汇流、堰闸过流、湖泊集水、侧向入流 等河道几何形状不连续或水力特性不连续时,应根据水力特性作 必要处理。

6.3计算区域确定及网格划分

6.3计算区域确定及网格划分

.3.1计算区域进出口应选在顺直河段上,并要求进出口边界上 的水力、泥沙要素不受区域内工程方案的影响。

1断面间距应根据河道形态、河床组成及糙率特性以及研究 问题的需要确定; 2重点研究河段和河道几何形态变化较大的部位应适当加 密断面; 3断面应与主流方向垂直。 6.3.3二维、三维模拟的网格形式应根据边界的特点和计算模式 的需要确定,并应符合下列规定: 1网格密度应能反映水下实际地形和工程修建后地形的 变化; 网格密度应能概化出岸边界和不同工程方案的边界; 3对于重点研究部位,网格应适当加密。

6.4.1数值模拟验证应满足下列要求:

1水位允许偏差为计算区域内水位落差的土10%; 各河段冲淤与原型基本一致,冲淤量允许偏差为土30%:

3含沙量沿程变化趋势与原型基本一致,含沙量充许偏差为 ±30%; 4河床级配中值粒径允许偏差为土20%。 6.4.2二维及三维模拟验证应增加下列内容: 1流速沿断面分布趋势与原型一致;分汉河道的干流及重点 研究的汉流,其流量允许偏差为土5%。 2含沙量沿断面分布趋势与原型一致。 3平面流态、流向及回流范围与原型一致。 4地形冲淤性质及其分布与原型基本一致,重点研究部位的 冲淤厚度及研究河段的冲淤总量允许偏差为土30%。 6.4.3通过验证计算确认模拟计算的有关参数,必要时应对模拟 计算进行复核。

1航道内流场、水位; 2航道内的冲淤; 3分析流态、流速、水面比降、水位波动及往复流特性对船 闸运行、船舶停泊和航行的影响,航道及口门的冲淤情况,论证 航道尺度变化对通航水流条件的影响

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7.0.1应根据试验研究情况提出试验最终成果,包括文字报告、 附图、附表、照片和录像等资料。 7.0.2试验研究报告内容应包括工程概况、试验目的与任务、模 型设计与制作、测量仪器、模型率定和验证、试验成果与分析、 结论与建议等内容。 7.0.3数值模拟研究报告应包括工程概况、计算研究目的与内 容、数学模型、模型率定和验证、计算成果与分析、结论与建 议等内容。

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A.0.1测量的准确度要求

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1为便于在执行本规程条文时区别对待,对于要求严格程度 不同的用词说明如下: 1)表示很严格,非这样做不可的: 正面词采用“必须”,反面词采用“严禁”。 2)表示严格,在正常情况下均应这样做的: 正面词采用“应”,反面词采用“不应”或“不得” 3)表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样做的: 正面词采用“宜”,反面词采用“不宜”。 4)表示有选择,在一定条件下可以这样做的用词,采 用“可”。 2条文中指明应按其他有关标准执行的写法为:“应符 合…的规定”或“应按…执行”。

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引用标准名录 《水电水利工程常规水工模型试验规程》DLT5244

中华人民共和国电力行业标准

水电水利工程航道水力学模拟 技术规程 DL/T 5748—2017 条文说明

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本规程制定过程中,编制组力求全面衔接国内有关国家标准、 电力行业标准、水利行业标准关于本规程制定范围内的条款规定, 并保持与现行法律、法规和有关标准协调一致。 为便于广大设计、施工、科研、学校等单位有关人员在使用 本规程时能正确理解和执行条文规定,《水电水利工程航道水力学 模拟技术规程》编制组按章、节、条顺序编制了本规程的条文说 明,对条文规定的目的、依据以及执行中需要注意的有关事项进 行了说明。但是,本条文说明不具备与标准正文同等的法律效力, 仅供使用者作为理解和把握标准规定的参考。

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总则· 基本资料 ·25 航道水力学模型试验 5.1 相似准则 .26 5.2 模型设计 26 模型制作及安装 试验设备与测量仪器 .26 5.5 模型率定与验证 .27 5.6 试验与观测 5.7试验资料整理与分析 航道水力学数值模拟: ..29 6.1 控制方程及数值求解方法· 6.2 初始条件及边界处理 37 6.3 计算区域确定及网格划分 报告编 38

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1.0.1我国水电建设正处于高速发展时期,在工程规划、设计及 施工过程中不可避免地会遇到一些复杂和特殊的通航水力学问 题。解决这类问题的主要手段通常是采用物理模型试验及数值模 拟计算分析。鉴于各研究机构在试验测试手段、研究方法等方面 存在较大差异,研究成果水平参差不齐,不能完全满足水电水利 工程建设的现实需要。因此,制定与电力行业现实相适应的航道 水力学模拟技术规程,统一本行业航道水力学模拟研究的方法和 技术要求,提高试验研究成果的质量和水平,促进我国航道工程 的技术进步。 1.0.2航道水力学模拟主要方法包括物理模型试验和数值模拟两

种。两种模型具有各自的优势,应结合实际工程要求进行选择。

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4.0.1、4.0.3地形资料和建筑物资料是开展航道水力学模拟工作 的前提,其精度和代表性影响到模型成果的精度和可靠性。使用 资料时要对资料进行认真分析和校核,发现问题要仔细考证,及 时与提供资料的部门进行商酌并加以修改。 4.0.2水文资料用于验证模型水流条件是否相似,根据模拟河道 内的不同流量级下相应的水面线和断面流速分布、率定和验证模 型糙率。 4.0.4根据工程运行调度方式,确定需进行模型试验的各种运行 条件及组次,如水位流量条件等。 4.0.5船舶资料应包括的内容规定是为了进行船模制作和船模相 似性率定所需的基本资料。

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5.1.1、5.1.2说明航道模型应满足的相似准则和要求,各水力要 素的比尺与模型几何比尺L.关系为:

5.1.1、5.1.2说明航道模型应满足的相似准则和要求,各水力要 素的比尺与模型几何比尺L.关系为:

流速比尺:V,=L/2 流量比尺:Q,=L 时间比尺:T,=L/2 糙率比尺:n.=L/6 力的比尺:F=L 压强比尺:P=L

5.2.1航道宜采用整体正态模型,原因一是整体正态模型能更正 确地反映较大范围的水流表面流场,其二是应用自航船模的理论 和方法更成熟。 5.2.2模型水流应避免表面张力的影响,根据经验应尽量保证模 型的最小水深不小于0.03m。 5.3模型制作及安装 5.3.5船模如果是船队模型,驳船之间的联结通常采用硬联结(螺 栓板联),以保持固定的队形和稳定的操纵性。 5.4试验设备与测量仪器 5.4.2~5.4.6制定的目的是为了使实验设备和测量仪器仪表规范

和方法更成熟。 5.2.2模型水流应避免表面张力的影响,根据经验应尽量保证模 型的最小水深不小于0.03m。 5.3模型制作及安装 5.3.5船模如果是船队模型,驳船之间的联结通常采用硬联结(螺 栓板联),以保持固定的队形和稳定的操纵性。 5.4试验设备与测量仪器 5.4.2~5.4.6制定的目的是为了使实验设备和测量仪器仪表规范

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化、科学化,确保试验成果的准确性和可靠性。凡属市场购置的 仪器仪表,均应有国家或行业技术监督部门颁发的合格证,规格 生能应适合试验应用;正在使用的仪器仪表的率定或标定应在有 效期内。各试验机构自行研制的仪器仪表,应经相应质量技术监 督部门鉴定合格。对于一次测量仪器仪表的率定(校验)、二次仪 器仪表和采集系统的检定(校验),应符合国家计量法的有关规定, 其周期一般为1年~2年。

5.5.4关于Z形试验有z5°/5°、z10°/10°、z15/15°和z20°/20°四 种舵角。试验分析结果表明z10°/10°、z15°/15°作为Z形试验的典 型代表较合适。 船模航行试验的相似条件主要以重力相似为依据,只能做到 航速相似和操纵性能的基本相似。这类通航船模受尺度效应的影 响,阻力系数偏大。为达到航速相似,需提高螺旋桨转速,继而 又导致船模舵受力增大,航效明显优于实船。船模操纵性的变化 易使航行试验的结果偏于不安全。为减小尺度效应对通航船模操 纵性的影响,一般采用减小舵面积的方法予以修正。目前常用的 内河通航船模的舵面积需减小为原能面积的0.6倍~0.8倍。 考虑自前我国内河航道船型多,编队队形复杂,这些船舶(队) 往往缺乏实船乙形试验资料供船模率定。若为此组织实船进行标 准的乙形试验,耗资巨大,一般的工程项目无力承受,从而也影 响了船模航行试验技术的开拓应用。对此可因地制宜采用“航行 复演法动水率定法”等对船模进行尺度效应修正和操纵性率定。 这些方法中的实船试验可在船舶营运过程中间进行,耗资少、便 于操作,有较好的实用价值。 5.6试验与观测 股情况下 当涉及冲游

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情况试验时,需测试垂向流速分布。 5.7试验资料整理与分析 航道水流条件中各项水力学参数及船模航行参数对于不同等 级航道均有确定的通航标准,根据具体的通航标准分析评价通航 水流条件

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6.1控制方程及数值求解方法

5.1.1航道水流模拟的基本方程包括连续方程和动量方程,考虑 泥沙问题的控制方程为悬移质泥沙输移方程、河床变形方程以及 水流挟沙力和推移质输沙率辅助公式

6.1.2航道水沙数值模拟基本方程

O 流量; X 沿主流方向坐标; g 重力加速度; 水位; K 流量模数; R 断面水力半径: 1 糙率; S,S 分别是水体断面平均含沙量和一维换沙力; α 系数; ? 泥沙沉速; B 河宽; Y 淤积物干容重; Ad 计算冲淤面积; 8 推移质输沙率: u 主流方向垂线平均流速; 水深; 泥沙粒径。 (2)一维水沙数值模拟的定解条件可按下列公式确定: 1)边界条件: ①水位过程线 Z =Z(t) ②流量过程线 Q=Q(t) ③流量水位关系曲线Q=Q(Z) ④含沙量过程线 S=S(t) 对于缓流Fr<1可给出上述条件之一作为入流和出流断面边 界条件。对于Fr>1,则需在入流断面提出上述①~③条件中的 种水力条件。 上游入流断面给出来水来沙过程的同时应给出泥沙级配,无 推移质实测资料时,上游入流断面可用公式估算。

2)内边界条件:当计算域内出现汇流点、堰闻过流、湖泊集 水、侧向入流等河道几何形状不连续或水力特性不连续时,应根 据水力特性作特殊处理。 3)初始条件:

给出床沙初始级配的沿程变化、沿深度方向分层床沙级配和 初始河床高程。 2.二维水沙数值模拟 (1)二维水沙数值模拟可按下列基本方程控制: 1)连续性方程: at ax oy

u(x,y,z)l, = u(t) v(x, y,z)l, = v(t) h(x,y,z), = h(t)

入流泥沙边界S(x,y,z),=S(t)及泥沙级配分布

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Qu ,Ou u Ou )+% +u at "ax dy Oz (%) at ax dy 3

ar av Oz 0z Ow...Ow...Ow. ap w Veay Ow ay Oz Oz g4 p ax ax Oy( α(x w) 其中: P=p + pg(z, =z) as =0 as =0 Ve=V, +V

如考虑到垂向作用力远小于重力,可采用静水压力假定。 3)泥沙输移方程:

中:u,v,w x,Jy,z方向上流速分量; V.V 分别为紊动黏性系数和分子运动黏性系数:

Ouvak anann

自由水面垂向流速分量

自由水面泥沙通量条件:

式中:u,v,k一 一分别为水流水平速度、垂向速度及滞动能;

br=pV Oz C u* + V Ov by=pV gv uz+v? Oz

式中:up,Vp 近底层流速; Zo 河床特性有关,对于天然河道有z。=k/30,2 近底层距床面高度,一般可取距床面最近的 点高度。 无滑动条件u=0,或垂直于边界流速u·n=0。 进口边界条件: u(x,y,z,t) =uo(x,y,t) v(x,y,z,t)l, = Vo(x,y,t) 或 z,(x,y,z,t). = zo(x,y,t) 入流泥沙边界S(x,y,z,t),=S(x,J,z,t)及泥沙级配分布 =0(n为边界的法向) onlr 出口边界条件:

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给定初始床沙级配的平面分布,以及沿深度方向分层床沙 级配。 6.2初始条件及边界处理 6.2.3计算区域内出现汇流、侧向入流按照点源或者线源处理; 堰闸过流按照内边界处理;湖泊集水通过在相应的计算断面上增 减水量的方法来处理。 6.3计算区域确定及网格划分

给定初始床沙级配的平面分布,以及沿深度方向分层床沙 级配。 6.2初始条件及边界处理 6.2.3计算区域内出现汇流、侧向入流按照点源或者线源处理; 堰闸过流按照内边界处理;湖泊集水通过在相应的计算断面上增 减水量的方法来处理。 63计算区域确定及网格划分

6.3.3二维模拟的网格形式一般采用三角形、四边形网格对计算 区域进行划分。网格划分应保证网格的光滑性JB/T 9141.8-2016 柔性石墨板材 第8部分:滑动摩擦系数测试方法,保证网格尺度空 间变化的连续性。

6.3.3二维模拟的网格形式一般采用三角形、四边形网格对计算 区域进行划分。网格划分应保证网格的光滑性,保证网格尺度空 间变化的连续性。

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JJG(京) 45-2011 遥感式汽油车排放有害气体检测仪DL/T5748 2017

7.0.1模型试验研究报告中,模型设计与制作部分包括模型比尺 的选择、模型平面布置以及模型制作的方法和进度控制等;测量 仪器部分包括主要测量仪器设备的性能及精度;试验成果与分析 包括航道代表性流量时的流场流态特点,斜流效应以及对船舶航 行的影响,航道不同流量时的水面比降、水深变化、水面波动情 况以及对船舶航行的影响,并对水深小于1.4倍~1.5倍最大吃水 深度的河段提出改善措施,航道、船闸进出口河道的冲淤情况以 及对船舶的影响,自航船模航态、航行参数变化,提出较优的航 行范围或航线;结论和建议部分是指根据试验成果,分析评价航 道通航水流条件,提出合理的优化建议以及航道适航的通航流量 7.0.2数值模拟研究报告的“数学模型”部分包括计算控制方 程,数值计算格式,边界条件和有关计算参数的选取,计算河道 范围确定与网格划分等。计算成果与分析以及结论和建议部分可 参照物模部分

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