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。     

高含沙水流河床稳定性试验研究

利用过程响应模型试验原理,模拟了高含沙水流河道的形成过程,从平面、横断面和纵向变化3方面揭示了高含沙水流窄深河道的形成过程及河道形态特征。试验结果表明:在高含沙窄深河道形成初期,河道平面摆动剧烈,同时水流漫滩并大量淤积,河床抬高,主槽保持窄深形态;在后期,水流不漫滩和保持高含沙水流的条件下,这种单一窄深河道形态变化较小,在空间和时间上都能够相对稳定。     

含沙水流时水轮机工作参数的定义和计算方法

从两相流动观点出发,推导了含沙水流时的伯努利方程式,使其更能真实地反映含沙水流的力学特性;对含沙水流条件下水轮机的工作参数进行了定义,进而推出其具体计算方法。经过与清水条件下的伯努利方程及工作参数进行对比分析,得出了清水与含沙水流能量转换的不同特点。指出了在相同静水头下含沙水流时水轮机的工作水头小于单相液体的工作水头以及水轮机输出功率、效率等参数的变化规律和含沙量的关系。     

挟沙水流悬移质运动效率系数的研究

悬移质运动效率系数是泥沙悬浮运动消耗能量(悬浮功)与挟沙水流紊动能量之比值,它是反映悬移质运动能量功效最重要的特征参数.本文基于两相挟沙水流紊动能量平衡方程,在二维、恒定、均匀及充分紊动的流态条件下,经过必要的推导和简化,得出悬移质运动效率系数理论表达式;通过应用黄河下游实测资料,对效率系数公式进行验证计算,结果表明效率系数公式计算值与实测值相符较好;进一步应用黄河下游实测资料,建立了效率系数与水流挟沙能力之间的关系,说明随着含沙浓度的增加,水流挟沙能力相应加大,效率系数呈下降趋势,并趋于一个稳定的低值范围,含沙浓度进一步增加不会给水流增添额外的能量负担,为黄河挟沙水流高效输送提供了科学依据;同时效率系数公式的导出为建立挟沙水流挟沙能力公式、揭示输沙机理奠定了基础.     

分形理论在含沙掺气水流脉动压力分析中的应用

简要介绍分维的定义和计算方法,同时运用相空间重构法,对含沙掺气水流脉动压力信号进行处理,并计算浑水、清水、掺气三种不同水流状况的关联维数。结果表明,不同水流状况具有不同的关联维数,含沙掺气水流运动并非完全随机,而是具有内在有序性。计算得出的不同关联维数反映出不同脉动压力信号序列所具有的不同分形特征,说明动力形成机制、系统复杂程度的差异。     

高含沙水流挟沙能力

作为河流动力学中的核心问题之一,水流挟沙能力的研究一直受到众多学者的重视．首先以固液两相挟沙水流紊动能量平衡时均方程为理论出发点,在二维、恒定、均匀、充分紊动的流态条件下,经过详细推导了悬移质运动效率系数的表达式,并进一步推导得出水流挟沙能力的结构公式．在此基础上,依据115组天然沙和粉煤灰两种平衡输沙实验的实测数据,结合高含沙水流的流变特性及输沙特性,确定挟沙能力结构公式中的有关参数,获得了具有普遍意义的高含沙水流挟沙能力公式,最后采用大量的黄河、无定河、长江等天然河道实测资料对公式的可靠性进行验证,结果表明计算值与实测值相符合的程度令人满意．该成果对完善河流动力学特别是高含沙水流的理论体系、建立黄河生态输沙需水量模型以及指导治黄工程规划设计等均具有十分重要的现实意义．     

含沙水流在离心叶轮盖板腔体内的运动分析

根据含沙水流的运动特点,从固液两相流运动方程出发,从理论上定性分析了含沙水流在离心叶轮盖板腔体内的流动特性和速度分布规律,导出了叶轮盖板磨损强度与速度的关系以及影响磨损的因素.     

沉沙池中水流流态的数值模拟

沉沙池是一种重要的泥沙处理工程措施,其作用是沉降含沙水流中有害粒径的泥沙。本文应用FLUENT软件对沉沙池的水流流动进行数值模拟研究,给出了沉沙池内水流运动的控制方程,采用Fluent软件求解了k—ε双方程模型,并使用Simple算法对速度进行了解耦,并采用湍流模型对沉沙池内的水流流态进行了模拟。结果表明：池内整个流场存在两个水流“死水区”,分别位于调流板进水口和出水溢流堰的下方,且都存在一个较大的回流区,水流缓慢;而沉淀区域的流态较稳定,有利于泥沙的沉降。     

含沙水流在水轮机中的流动分析研究

本文从固液两相流的动量方程出发,研究了水轮机蜗壳、导水部件及转轮中的含沙水流运动规律。推证了含沙水流在水轮机中流动时,其沙子和液体的流动属于分离流动,即沙子和液体的运动速度和运动角是不相同的,且沙子质量越大,差值越大;并指出在水头相同时,水中含沙时水轮机的效率一般低于清水时的效率;进而分析了水轮机各过流部件的泥沙摩损规律。     

二维溃坝洪水波演进的数值模拟及动态显示

采用基于MacCormack预测—校正技术的隐式数值格式求解控制水流运动的二维浅水方程，建立了模拟大坝瞬间全溃或局部溃倒所致的洪水演进过程的数学模型；应用该模型对矩形明渠中缓、急流过渡的水面曲线进行了数值计算，并与理论解进行了比较；最后用该模型预测了矩形河道中大坝瞬间局部溃倒的洪水演进过程，并对模拟结果进行了定性分析。比较与分析结果表明，该模型对模拟溃坝洪水波很有效。     

流域泥沙过程机理分析

黄土高原地质地貌复杂，是黄河流域的主要泥沙源区，并以黄土丘陵沟壑区和黄土高塬沟壑区为代表．沟壑区的不同部位具有不同的侵蚀产沙现象，并在不同的空间尺度上表现出迥异的水沙运动规律．为此需将流域分为坡面与沟道两大系统分别研究，本文描述坡面侵蚀产沙、沟坡区重力侵蚀和沟道水沙运动的主要现象，分析各水沙过程的主要机理．揭示出可依据坡面径流建立坡面侵蚀产沙模型；根据水流的诱发作用，用沟坡土体失稳的随机力学模型模拟沟坡重力侵蚀；考虑影响水沙运动的多种要素，建立沟道系统的高含沙水沙模型．流域泥沙过程机理的研究为建立符合实际物理图景的水沙模型系统，完成流域泥沙过程模拟提供基础。     

蓄水两坝间长系列水动力及泥沙淤积的研究

对黄河上游龙羊峡至李家峡间的贵德-李家峡河段的蜿蜒河道进行了研究，为蓄水两坝间的通航和河床稳定性问题提供可行性分析依据．根据二维水流连续、运动方程、悬沙扩散方程和两相流底沙运动方程，采用加权集中质量剖分方法，建立了蓄水两坝间水动力、泥沙淤积数学模型．提出了泥沙交换和河床粗化计算模拟的物理图案，对长系列水动力和泥沙运动进行了模化处理．通过调试，验证了水尺水位和李家峡建坝前该河段4年的地形演变量．应用李家峡建坝后典型水文年长系列的组合资料，预报了河床经长期冲淤调整后迭到基本平衡需要的时间．介绍了泥沙交换和河床粗化计算模拟的物理图案和长系列河床演变数学模型的研究方法．     

流域泥沙过程模拟中的河道输沙计算

全流域的水沙过程包括降雨产流、汇流的全过程，以及泥沙侵蚀、输移、沉积的不同运动形态．对这一物理过程的全面描述有其必要性和现实意义．在数字流域中，将流域水沙过程概化为坡面产流产沙、沟坡区重力侵蚀、沟道水沙运动及河道水沙输运四部分．其中，前三部分的计算能为中下游河道水沙计算提供入口边界条件．本文对前三部分的内容只作简要介绍，重点以一维水动力学模型为工具，以1977年为典型年，完成了流域泥沙过程模拟过程中干流河道输沙计算，并对龙门站的预测水沙过程和实测水沙过程龙门一三门峡河段进行了演算和对比．结果表明，用预测龙门站水沙过程计算中下游河道的水沙演进是可行的．     

涵洞输沙特性研究

地下涵洞穿越河渠淹没于水下，水沙运动呈有压流状态，合理利用洞内水流自身能量，才能确保输送泥沙过洞。依据床面泥沙起动切应力相等原理及明渠水流挟沙力公式，提出了适应地下涵洞泥沙起动流速关系及输沙能力的修正公式。该公式较好地反映了地下涵洞的泥沙运动及输沙规律，为解决地下涵洞安全输沙及防止泥沙淤积提供了理论依据。     

龙穴南航道整治工程对潮流泥沙影响的模拟

建立了覆盖珠江河口河网区与口外海滨区的大范围整体平面二维水沙数学模型,模拟计算了珠江河口的水沙空间分布特征。利用近期伶仃洋水域实测水文资料进行了验证,验证结果表明模型能够较好地模拟珠江口的潮流泥沙运动。在此基础上,通过局部加密,模拟了龙穴南航道整治工程实施前后潮流泥沙运动过程变化,计算并分析了工程实施对周边水域水动力条件的影响和航道沿程的水流条件变化以及航槽泥沙回淤状况等。研究结果表明:龙穴南水道内,潮流为西北-东南方向往复流;整治工程后,上段流速略有增大,下段流速略有减小,但总体流速变化较小。泥沙回淤预测结果显示,出海口以上航道有冲有淤,以淤积为主,平均淤积强度为0.12 m/a;出海口航道整体处于淤积状态,平均淤积强度为0.64 m/a。     

大丰港匡围工程对潮流泥沙影响的模拟研究

建立了大丰港临近海域平面二维潮流泥沙数值模型,模拟计算了研究区域大小潮特征时刻的水沙空间分布特征。模型利用实测数据进行验证,计算结果与实测潮位、流速、流向及含沙量数据吻合良好。在模型验证良好的基础上,模拟围垦工程建设前后周围流场和悬沙场的变化。研究发现:围垦工程使得工程向海一侧流速减小。对于悬沙浓度,涨急时刻工程北部含沙量减小,落急时刻工程向海测含沙量增大。     

基于BP算法的泥沙含量预测研究

长江口北槽是长江的主航道，泥沙的淤积对航运和河道治理有着极为重要的影响。根据ADCP资料，应用BP算法对长江口的泥沙含量进行了研究，建立了泥沙含量预测模型并根据实例资料进行了验证，实现了根据ADCP资料推求泥沙含量，其结果满足精度要求。     

河口闸下水动力与泥沙清淤问题的研究

为优化河口防潮闸下清淤工程方案,提出了以两相流方程描述底沙运动的理论模式,建立了泥质河口二维水流、泥沙数学模型,并优化独流减河口闸下清淤工程方案.对独流减河口闸下大、中、小潮潮位、流速、含沙量过程和海床演变进行了验证,计算分析了现状地形条件下闸下泄流能力,对宽浅型和窄深型两类清淤方案的不同清淤规模的泄流能力进行了计算模拟.讨论了不同清淤规模条件下泄流能力、清淤量、回淤量与回淤率的关系,给出了各工程方案的清淤效率指标.     

黄土高原坡沟系统径流泥沙过程

利用概化的坡沟系统模型,采用室内放水冲刷试验,对黄土高原坡沟系统径流侵蚀产沙过程进行模拟研究。结果表明:坡沟系统的产流产沙速率随流量的增大而增大;产流量随放水量的增大呈明显的指数函数变化趋势,且增长率有增大趋势;产沙量随冲刷流量的增大呈幂函数增大趋势,增长率却逐渐减小;冲刷流量相同时,产沙速率随冲刷历时呈现出波动式的双峰增长趋势;在实验流量和时间范围内,坡沟系统的累积产沙量随累积径流量呈现出非常显著的二次函数关系.     

河床沉积物厚度对河水污染物向地下水扩散影响的模拟分析

以滦河为例,基于FEFLOW建立二维剖面水流模型和硝酸盐运移模型,根据地质、水文地质和实测水位资料调试水文地质参数,校正模型很好地反映研究区情况。利用校正后的模型模拟了不同厚度河床沉积物对硝酸盐的扩散情况,发现了河床沉积物厚度对污染物扩散影响的变化规律,结论对研究污染河水对地下水的影响具有指导性意义。