混合粒径风沙流情况下的一种沙粒起跃速度概率密度函数

基于离散单元法,在生成按腾格里沙漠自然沙粒径分布的模拟沙床后,模拟了以具有相应粒径分布的实际风沙流的冲击速度冲击沙床面的粒一床碰撞过程,得到了沙粒起跃的水平和垂向速度及其合速度以及沙粒旋转的初始角速度．经统计分析,给出了风沙流中混合粒径沙粒起跃的水平和垂向速度及其合速度以及沙粒旋转的初始角速度的一种概率密度函数．     

风成沙波纹的离散粒子追踪法模拟

基于所提出的离散粒子追踪法对风成沙波纹的发展过程实现了计算机模拟. 与现有模拟沙波纹的方法不同的是, 该方法同时考虑了与真实沙波纹形成相关的3个主要因素, 即不同粒径的众多沙粒在沙床上方所形成的风沙流、风沙流中沙粒对沙床的碰撞以及碰撞后沙粒的反弹或溅起、沙粒在床面上方的跃移和在床面的蠕移. 由该方法能够成功模拟出与真实沙波纹基本一致的形成过程、几何形状和特征、分层迭片结构和移动速度以及沙波纹出现和消失的临界摩阻风速.     

沙漠风蚀中不均匀沙的起动研究

在不均匀沙的起动风速研究中引进了床面阻力的概念，并进一步假定沙粒在起动过程中所受床面阻力与不均匀沙的平均抗剪强度成正比，从而依据床面上沙粒的力平衡条件，得到了一个不均匀沙的流体起动公式，本公式能够明显反映不均匀沙在起动中所表现出来的主要特征：起动风速随中值粒径的增加而增加；在均匀沙的粒径与不均匀沙的中值粒径相当的条件下，不均匀沙的起动风速较小．最后应用文献中所列各沙的起动风速实测值，对公式中的系数进行了确定．并计算出实测数据与理论数据之间的相关系数R=0．926，由此可见，公式的结构是比较合理的．     

对均匀沙流体起动风速的研究

从学术观点和方法上将研究边界层流动对粗糙壁面的摩擦切应力与研究均匀沙流体起动风速统一了起来，既关心了布满均匀沙的沙床上颗粒的流体起动风，又关心了稀疏分布着均匀颗粒的光滑地表上沙子的流体起动风速，得出了用边界层外参考风速表示的流体起动风速随颗粒分布密度的增加呈指数增长规律。而用摩阻流速表示的流体起动风速与颗粒分布密度的二分之一次方成正比的规律，与有关实验数据取得一致。当颗粒的分布密度逐渐增大时，本文得到的均匀沙流体起动风速公式最终退化为传统的均匀沙流体起动风速公式。     

不同床沙组成的冲积河流中河型的分布特征

以包括401组数据的大样本为基础,将河型频率的概念用于床沙粒径与河型关系的研究,首次发现了河型频率随床沙粒径变化的统计规律.研究表明,弯曲型频率随床沙粒径的增大而减小,而分汊型频率随粒径的增大而增大.这种统计关系可以用床沙粒径与水流切力及能耗之间的关系来解释.床沙粒径越大,则河流的水流切力越大,能耗率越高,越有利于分汊河型的形成.反之则有利于弯曲河型的出现.     

床沙质与冲泻质划分的新方法

从床沙质能与床沙交换而冲泻质不能与床沙交换这一定义出发，利用泥沙运动的起动和止动条件分析了床沙质与冲泻质划分的内在机理。根据这一划分机理，在引入适当的泥沙起动和止动公式后，即可求出床沙质与冲泻质的分界粒径。验证计算表明，此方法理论概念正确，计算结果合理，运算过程简单。     

沙粒的跃移与悬移

通过考虑沙粒在大气边界层中的湍流随机运动,分析了影响沙粒运动轨迹的各种因素．由于存在湍流脉动速度,因此在相同粒径、起跳初速度和摩阻风速情况下,沙粒运动轨迹会出现较大差异．沙粒的垂直波动速度可以作为一个反映其运动性质的参数,不仅与粒径、起跳初速度,而且与摩阻风速有关．利用其作为判断沙粒运动形式的判据,计算了给定沙粒粒径和摩阻风速条件下沙粒进入跃移和悬移的临界起跳初速度及相应运动形式的组分,并与考虑风沙耦合作用与不考虑风沙耦合作用的轨迹统计结果进行了比较．     

最大沙粒堆积率对风沙流结构的影响

采用欧拉双流体模型,利用数值方法研究了最大沙粒堆积率对风沙流结构的影响。结果表明：随着最大沙粒堆积率的增大,沙粒速度和风速在跃移层内都有明显增大,而沙粒体积分数在近床面却有所减小,但离开床面一定高度后,沙粒体积分数几乎不受最大沙粒堆积率的影响。     

动床沙粒阻力与底沙输移

本文在输沙实验的基础上,从研究水流结构着手,分析了水流和泥沙之间的相互作用关系,讨论了动床沙粒阻力和底沙输移规律.结果表明,动床沙粒阻力与输沙有关.本文还导得动平床情况下的流速分布公式、阻力公式和输沙率公式,使动床的水流运动和输沙过程得以联解.通过295组水槽实测资料详尽的验证,证明本文结果与实测资料是一致的.     

跃移层中沙粒浓度分布特征的研究

对于不同的沙粒起跳初速度分布函数，利用数值方法模拟了沙粒浓度沿高程的分布规律，发现风沙强度沿高程具有“递增－饱和－衰减”的按层分布的规律，进一步详细研究了影响风沙流结构的主要因素，如风速分布、地表粗糙度、沙粒粒径等对风沙流结构的影响方式和规律。     

渗流作用下的岸坡泥沙起动条件

考虑渗透力作用,分析坡面泥沙受力特点,推导出岸坡均匀沙的起动条件和临界切应力计算公式,并采用不同渗流比降和不同水流方向的算例,以及长江中下游典型岸坡的实例,对渗流作用作出了定量分析。结果表明,泥沙起动流速曲线存在明显的转折点,可以解释崩岸的突发性;向坡外的渗流将大幅降低岸坡泥沙起动条件;冲刷水流方向也影响泥沙起动流速,在接近零流速破坏坡角时影响显著。     

考虑位置随机性的固体颗粒起动临界流速研究

水平井钻井、砾石充填及冲砂等作业都涉及到固液两相流动的固体颗粒起动问题。液流作用下颗粒的起动与其在床面上的沉没位置有关,沉没位置的随机性导致颗粒起动的随机性。引入颗粒无因次沉没度随机变量,将其概率密度视为均匀分布,考虑颗粒重力、水流推力、上举力、水柱静压力和粒间粘结力以及各力臂与沉没度的关系,通过力矩平衡分析,建立了考虑颗粒起动随机性的临界流速公式。结合无因次沉没度的概率分布函数,在临界流速与颗粒起动标准之间建立了定量关系,为一定颗粒起动标准下的临界流速计算提供了实用公式。用得出的公式进行了实例计算,并将计算结果与已有试验结果进行了对比,在0.001～10mm粒径范围内两者吻合较好。     

风沙跃移运动中的Magnus效应

给出了计及Magnus效应的风一沙耦合跃移运动模型,计算了当风沙流达到自平衡状态后Magnus效应对贴地风速廓线、沙粒跃移轨迹的影响,指出在Msagnus效应影响下,沙粒跃移运动对风速廓线的影响类似于粗糙床面对沙粒跃移的影响,其粗糙度约为沙粒跃移高度的0．8倍。     

欧拉颗粒流模型下的近床面风沙跃移速度分布特征

风沙运动中沙粒速度是风沙物理学研究的重要内容,为反映风沙流运动中沙粒相浓度变化及沙粒的速度分布,从多相流的角度出发,运用二维欧拉颗粒两相流模型对风沙的流动过程进行模拟.通过对比实验中沙粒的体积浓度随高度的变化,验证了模型的准确性,并在此基础上对沙相的运动信息进行统计分析,得到近床面风沙流的沙相速度分布.统计结果表明:在风沙跃移过程中,沙粒体积分数随高度的变化呈指数衰减,并在近地面附近出现浓度饱和层,饱和层沙粒体积分数的数量级为10-7,且在饱和层上方浓度衰减加快.通过对体积分数大于等于10-7的沙粒速度信息进行统计,得到不同时刻沙相速度分布,并给出相应的速度分布概率密度函数.     

层间非均质砂层石油运移和聚集模拟实验研究

层间非均质砂层石油运移和聚集二维模拟实验证实 ,在各种因素的影响下 ,各砂层的油水分布范围和油水界面存在着很大的差异 ,层间非均质性对砂层的油水分布和含油饱和度起着至关重要的作用。由于层间非均质性的存在 ,可以使高渗透率的砂层为好油层 ,而渗透率相对较低的砂层为差油层 ,甚至为水层。当砂层上倾方向不存在封堵条件时 ,存在着使某些砂层含油范围和含油饱和度发生变化的注油速率临界值。若注油速率小于该临界值 ,无论注油量多大 ,该砂层也不能成为含油层 ,只能成为油水同层或水层 ;反之 ,可以成为含油层。当油气沿高渗透砂体和开启性断层从下部进入上部并充注其侧面的储层时 ,由于浮力的作用 ,油气并不一定进入下部渗透率最大的砂层 ,而是优先进入上部渗透率较高的砂层 ,从而出现渗透率较高的砂层含油饱和度最高 (为含油层 ) ,而渗透率最高的砂层含油饱和度反而较低 (为油水层 )的现象     

Effect of the Design Parameters on the Performance of Inner-Recycling Continuous Sand Filter

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｍｏｄｅｒｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ,ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｈａｓｂｅｃｏｍｅａｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｉｎｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｐｏｔａｂｌｅｗａｔｅｒａｎｄｉｎｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ.Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｆｉｌｔｅｒｓｉｎｄｒｉｎｋｉｎｇｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｈａｓａｌｏｎｇｔｒａｄｉｔｉｏｎ ,ｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｒｅｂａｓｅｄｏｎｌｏ…     

风沙运动的力学机理研究

风沙运动机理研究是认识土壤风蚀、沙尘天气(甚至沙尘暴)以及风沙灾害本质,进而实现有效防治的基础。其中所涉及的诸如多尺度、多场耦合、随机性、非线性、尺度效应和复杂系统等科学问题也是当今科学前沿所关注的共性和热点课题。本文在简要回顾与风沙运动力学机理研究相关的已有工作的基础上,重点介绍了兰州大学风沙环境力学研究组针对风沙流中的沙粒带电量和风沙电场的基本规律及其对风沙流和无线电通讯的影响、风沙流发展过程的理论预测、固沙结构有效尺寸的分析、风成地貌主要特征的计算机模拟等方面所开展的研究工作。     

沙粒的松弛过程

为了深入了解非稳态下沙粒的运动规律，对风洞中沙粒的加速运动过程进行了跟踪拍照，通过改变沙粒的粒径以及风速，系统地研究了沙粒的松弛过程．实验结果表明：在沙粒松弛初始阶段，沙粒的实际运动速度与球形粒子的理论计算值存在较大差异；Basset力对松弛过程无显著影响．将衡量沙粒跟随流体运动能力的斯托克斯数St引入到沙粒运动中，使其成为判断沙粒运动形式的一个判断标准．     

河床泥沙起动流速公式修正及可靠性验证

在河床泥沙起动的瞬间,颗粒与水相互作用,具有相同的速度。所以在研究泥沙起动流速的时候既要考虑水体对河床泥沙的影响,又要考虑河床泥沙对水体的影响。通过探寻河床有效切应力与水体流速梯度的关系;并考虑河床泥沙内部渗流作用对泥沙起动流速的影响推导出新的均匀泥沙起动流速公式。将此公式与实验资料及前人推导公式进行对比,结果表明本公式的计算精度符合工程应用标准,能弥补采用经典流速分布公式研究泥沙起动流速时的不足;并能较好地应用于组成成分为粗粉土、沙与砾石的泥沙研究中。     

离心流化床干燥器流体力学性能的研究

分别研究了干燥转鼓转速、物料粒径、床载量、颗粒密度和形状系数对离 心流化床压降和临界流比速度的影响，提出了计算流化床层压降的修正式和 临界流化速度的准数关联式，为进一步研究此设备的干燥性能打下了基础．