冲积床面上明渠水流湍流特性及其与底层泥沙起动关系的试验研究

利用声学Doppler测速仪测量了明渠水流在不同水深、流速、泥沙粒径情况下的瞬时流速分布和泥沙起动流速,研究了可动粗糙床面明渠水流的湍流特性.利用实测断面流速分布,采用非线性回归拟合出对数律流速分布的各参数,进而参照Эегжда的实验曲线研究了冲积床面上明渠的阻力分布规律,计算出各断面的相对脉动强度、Reynolds应力、湍流动能,并对各种不同情况下的明渠湍流分布规律进行了比较,描述了各粒径泥沙在不同水深情况下的起动流速以及泥沙起动时明渠底层各湍流特征的变化情况,研究探讨了冲积床面上明渠湍流各特征量的变化分布规律以及泥沙起动与水流湍流特性的内在关系.     

非对称复式断面明渠水流特性试验与数值模拟

采用三维超声测速仪对非对称复式断面明渠水流流场特性进行试验研究,采用L-Y雷诺应力模型对水面和固壁边界条件进行有效地处理,结合混合有限分析法数值模拟了复式断面明渠二次流流动,和实验资料的对比验证了数值计算和边界处理技术的合理可靠性.进一步分析复式断面明渠二次流运动的流动结构和特性,得到复式断面明渠流动中的二次流分布速度矢量分布、主流流速等值线及典型断面沿水深的主流流速分布,发现自由水面上的主流速度存在速度下降现象,二次流产生最明显的位置在明渠主槽与浅滩的接合部.     

明渠水流速度对自掺气发展影响的试验研究

采用针式掺气浓度仪对有压出口后明渠水流表面自掺气的发展过程进行了详细测量,研究了不同出口流速条件下掺气发展区的掺气浓度分布及其沿程发展变化情况,分析了流速对自掺气发展的影响。试验结果表明：随着出口流速的增大,相同断面处水流平均掺气浓度不断增加,掺气区向渠道底板扩展更加充分;在断面平均掺气浓度相同的条件下,水流速度越大,水体紊动程度越高,气泡向渠道底板方向扩散越明显。结合紊动扩散理论分析,认为流速对明渠自掺气扩散的影响包括提高水流掺气浓度和增大水体紊动扩散系数两个方面。     

光滑壁面明渠水流的三维格子玻耳兹曼模拟

明渠水流与泥沙运动、河床演变等问题密切相关,明渠水流特征的研究对于揭示明渠水流作用下的泥沙运动机理具有十分重要的意义.为此.应用新型数值模拟方法三维格子玻耳兹曼方法对明渠均匀流进行了研究.首先介绍了格子玻耳兹曼方法的理论基础、边界条件处理以及流动的驱动方式,接着分别模拟了明渠层流和光滑壁面紊流的近底水流运动.结果表明,得到的明渠层流流速和切应力分布与解析解吻合较好,同时较好地反映了光滑壁面明渠紊流的流速分区结构、紊动特性和阻力规律,从而说明格子玻耳兹曼方法在明渠水流模拟中具有较好的适用性,为进一步采用该方法研究明渠流近底泥沙颗粒运动机理奠定了基础.     

基于FLUENT的明渠平板闸门淹没出流流场研究

为了研究明渠淹没出流下平板闸门测量流量,采用进口断面上自编UDF程序的水位边界条件方法,结合标准的k-湍流模型和VOF方法,利用Fluent软件建立了水流流体域和明渠平板闸门的三维模型,对不同开度下明渠平板闸门淹没出流进行数值模拟,获得了过闸流量和水面线、流速分布,闸门处动水压力以及闸后梯形断面的流速分布等规律,结合现场试验验证,结果表明：平板闸门测量流量能够达到灌区矩形量水堰的测量流量精度;采用数值模拟所得流量与平板闸门测量流量的相对误差在3%以内,说明数值模拟能够用于明渠淹没出流下平板闸门的流场研究,为明渠平板闸门测量流量提供理论依据。     

矩形明渠流动流速脊线的特性分析

1 问题的提出。圆管流动和矩形明渠流动是两种最基本的流动．圆管流动因其轴对称性而显得相对简单，在以轴心为极点的极坐标系中，流速只沿径向发生变化，横断面上等速线为一族同心圆．圆管断面上的点流速分布规律可归结为沿某一径向的流速分布规律予以描述．而在明渠流动中，由于自由表面的存在，其流动特性远较圆管流动复杂．即使是矩形明渠，流动断面上的点流速沿垂向和横向均有明显的梯度存在．为此，不同学者从不同的角度对矩形明渠均匀流动问题进行了研究，因其成果主要限于宽深比较大和没有自由表面影响的情况，所以常不能满足实际应用的需要．     

铜城闸进水流态及改善措施

为改善位于三岔河口的铜城闸进水流态,在水工模型试验中采用明渠面层数字粒子图像测速(DPIV)系统以及化学粒子示踪法,分析不同方案中的进水流态和特征断面流速分布.结果表明,斜降鱼嘴边坡或其与抛石底坎结合的改进措施,可以有效改善铜城闸进水流态,并减小分流对河岸的冲刷效应.     

圆管螺旋流局部起旋器与出口段流速分布

探讨了圆管螺旋流的局部起旋器，并在试验的基础上，对圆管螺旋流局部起旋器出口段周向流速和轴向流速分布特性进行了研究，同时分析了其形成的机理，研究表明，受水流惯性与黏性的作用，周向流速分布由部分断面渐变为全断面线性分布；轴向流速分布则受周向旋转水流运运作用，流速分布坦化为类对数分布，这对进一步研究圆管螺旋流输固具有重要的价值。     

复式断面明渠平面准二维流场的数值模拟

通过简化宽浅明渠二维水流运动方程，得到垂线平均流速在横在横向变化的微分方程式。以此为基础，建立了一个模拟复合断面明渠平面流场的准二维水流计算模型，通过实例对模型进行了验证和对比，并分析了横向无量钢紊乱流粘性系数的取值对计算结果的影响，结果表明，该方法的计算精度明显优于传统方法。     

复式断面明渠缓变流的临界水深

1 问题的提出当流量一定时,明渠水流断面单位能量E_s最小时的水深称为临界水深h_c.一般求h_c的方法如下:断面单位能量式中h为断面最大水深;v为断面平均流速;g为重力加速度;α为动能校正系数.以v=Q/A_c代入式(1),并令Q、a为常数,再按临界水深条件dE_s/dh=0对式(1)求导,     

滨海电厂排水明渠消能防冲试验研究

本文主要针对沙特拉比格电厂排水明渠泥沙冲刷物问题进行了理模型试验研究.试验结果表明,电厂排水时,明渠水流进入深海后得到充分消能,码头前沿附近水流流态平稳;电厂排水明渠及码头附近滩地流速较小,低于滩地原型泥沙的起动流速,沿岸滩地不会产生冲刷破坏.     

明渠水流临界水深的研究

本文首先说明了目前通用的明渠水流临界水深公式只适用于平底明渠缓变流,然后从理论上对任意底坡明渠急变流的断面单位能量和临界水深进行了分析.在考虑了离心力对急变流断面动水压强分布的影响后,导出了任意底坡明渠急变流的断面单位能量和临界水深的关系式,分析了明渠急变流的断面单位能量随水深的变化规律.同时还对流线的凹向、流线曲率半径及水面坡度对临界水深的影响进行了分析,论证了趺水处和曲线型实用堰堰顶的水深均小于按现有公式计算的临界水深的原因.最后,对曲线型实用堰堰顶水深进行了验算,结果与实测较为一致.     

石油在明渠含沙水流中的垂向浓度分布

从理论和实验两方面，对明渠水流中悬沙吸附乳化油的特性进行研究，得出了相应的吸附参数和吸附量；应用单元控制体系法建立了数学模型，对明渠油浓度问题采取分层求解，最终得出石油经悬沙吸附后在明渠含沙水流中的垂向浓度分布。根据计算结果，油浓度沿水方向将明显减小。     

含植物明渠阻力特性研究进展

文章详细回顾了国内外对含植物的明渠阻力特性问题的研究状况，根据植物类型、植物在明渠中的分布情况和对水流的影响程度，从阻力的影响因素和阻力的计算两方面进行了综述，指出已有研究虽取得了不少有价值的成果，但大多数是水流和植物条件比较均匀和单一的情况，有必要对植物分布不均匀和弯道情况等问题开展进一步的研究。     

黄河沙坡头连续弯道水流运动三维数值模拟

用可实现k-ε数学模型对黄河沙坡头建立水利枢纽后库区连续弯道的水流运动进行了三维数值模拟.得到了不同断面处垂线平均流速分布、断面流速分布、主流流速和二次流的数值模拟结果,对部分断面弯道环流及水面处离心环流进行了模拟和分析.数值模拟结果与实测结果吻合较好,表明该模型可以用于对具有连续弯道的天然河道河流数值模拟中.     

冰盖下组合桥墩的局部冲刷特性及水力特性

为研究冰盖对组合桥墩局部冲刷及其周围流场分布的影响,基于动床冲刷试验,在不同覆盖条件下,分析了不同水流条件和桥墩尺寸对组合桥墩局部冲刷的影响,建立了预测明渠水流与冰盖流条件下组合桥墩最大冲刷深度的经验方程,并通过ADV测量了墩前的流场。结果表明:组合桥墩的冲刷模式与串列桥墩相似,最大冲刷深度始终出现在墩正前方;经验方程中来流水深、来流流速、桥墩尺寸、冰盖糙率均与最大冲刷深度呈正相关关系;在粗糙冰冰盖流条件下,墩前的垂向流速最大,导致其最大冲刷深度总是大于同等条件下的明渠水流和光滑冰盖流。     

明渠水流流速的时空相关性

为了研究明渠水流流速的时空相关性,在水槽中进行了3种不同比降的恒定均匀流试验。利用粒子图像测速系统(PIV)对水流的时间序列二维流场进行了测量,根据测量结果,分析了流速的时空相关性及其随比降的变化。结果表明:纵向流速空间相关等值线基本呈椭圆形分布,垂向流速空间相关等值线基本呈圆形分布,两者的时间相关曲线均呈一衰减曲线分布;随着比降的增大,同一数值的等值线包含的空间范围减小,而同一时间间隔对应的时间相关系数减小。     

明渠水流流速的时空相关性

为了研究明渠水流流速的时空相关性,在水槽中进行了3种不同比降的恒定均匀流试验。利用粒子图像测速系统(PIV)对水流的时间序列二维流场进行了测量,根据测量结果,分析了流速的时空相关性及其随比降的变化。结果表明:纵向流速空间相关等值线基本呈椭圆形分布,垂向流速空间相关等值线基本呈圆形分布,两者的时间相关曲线均呈一衰减曲线分布;随着比降的增大,同一数值的等值线包含的空间范围减小,而同一时间间隔对应的时间相关系数减小。     

不同导叶高度的旋流器运动时的水力特性研究

为了丰富动边界螺旋流理论,采用理论分析与模型试验相结合的研究方法,对不同导叶高度的旋流器在运动时产生的螺旋流水力特性进行了研究。研究结果表明,测试断面的压强与旋流器上的导叶高度呈正相关,旋流器对后断面水流特性的影响要大于前断面;测试断面下游水流的轴向速度随旋流器上导叶高度的增加而呈现先增大后减小的趋势,径向流速随旋流器上导叶高度的增加而逐渐减小,而周向流速随旋流器上导叶高度的增加呈现先减小后增大的趋势;旋流器上导叶的存在使得管壁附近的轴向流速变大,近壁区的径向流速为负而管道中心的径向流速为正。当旋流器上的导叶高度为15 mm时,测试断面水流的轴向流速最大,周向流速和径向流速变化均最小且其流速分布都较均匀,因此得出导叶高度为15 mm的旋流器的水力性能最优。     

基于唯象模型的部分植被河道流动分析

对局部有挺水植被明渠均匀流,采用分区模型,合理计入区间界面的表观切应力,建立动力平衡方程,推导出各区的断面平均纵向流速公式.基于唯象模型得出了植被区和非植被区交界面上的表观切应力,该应力是由界面上引起动量交换且占主导地位的漩涡产生的.用动量差表征表观切应力,其动量交换系数与占主导地位的漩涡半径和断面水力半径之比的1/3次方成正比.最后将计算结果与实测值进行比较,两者符合良好,表明本文模型可有效用于局部有挺水植被明渠均匀流的水流计算.