长江浦口段江滩复绿对河道行洪能力的影响

为分析长江浦口段江滩复绿工程对河道行洪的影响,基于MIKE21 FM建立工程区段二维水动力模型,采用Moghadam淹没植被明渠糙率公式模拟植被阻水作用,研究植被对滩面糙率的改变及对行洪阻力的影响。选取水位和流速为观测指标,分析复绿前后滩地、主槽水面线变化和流速分布变化,研究不同流量条件下,植被带对行洪影响能力的影响。结果表明,江滩复绿后,河段上游水位壅高,滩地流速减小,主槽流速增大;滩面淹没水深小于临界水深（1.3m）时,上游壅高随流量增大而增大;滩面淹没水深大于临界水深时,上游壅高随流量增大而减小。     

二维加糙明渠紊流结构的试验研究

采用丹麦产二维激光流速仪对二维加糙明渠紊流进行了试验,获得了比较全面的紊动结构及阻力资料,并系统地分析了试验成果。着重探讨了二维粗糙床面的理论基面、当量糙率值的确定以及粗糙对时均结构和脉动结构的影响等问题。     

陡坡紊流边界层的分析与计算

本文依据紊流边界层的动量方程和连续方程,利用流速分布的对数律,推导了陡坡紊流边界层的发展厚度δ和水深h的计算式,并与原型观测资料进行了对比。结果证明,本文所推公式和原型观测资料完全一致,同时,本文还推导了陡坡摩阻流速的计算式,所得成果对计算陡坡的切应力提供了依据。     

柔性淹没植被对生态河道洪水波影响研究

为了研究生态河道中的植被对河道水流产生的阻力问题,分析了糙率与平均流速、水深、植被密度之间的关系,总结出柔性淹没植被情况下的糙率公式,并通过数值计算求解一维圣维南方程,从流量、水位、流速三个方面来分析柔性植被对洪水波传播的影响.研究结果表明:植被的存在虽然会增大河床糙率,但当水位和流速增大时,植被对糙率的影响会降低;从糙率对洪水波影响来看,若糙率越大,则流量、流速越小,水位越高.     

梯形河道护岸糙率及水流时均与紊动特性

采用仿真草皮和三棱柱砖块模拟生态护岸,通过在室内非对称式梯形水槽内设置变流量和变底坡工况,对不同护岸型式下的梯形河道的糙率、流速分布和紊动强度进行了研究.结果表明:河道综合糙率随水深的增加而增大,改变流量或底坡对护岸糙率值影响不明显;主槽和斜边坡上,纵向流速的垂向分布均符合对数分布规律,横向分布呈现沿主槽向边滩逐渐减小的趋势,流速的横向梯度受河道底坡和护岸型式的影响较大;在主槽区,紊动强度沿垂向线性递减,而边坡区则先增大后减小;紊动能沿横向先增大后减小,在主槽与边坡交界区达到最大,表明交界区的紊动交换最强.     

泄水建筑物紊流边界层的探讨

泄水建筑物的紊流边界层与一般水力学或流体力学书中所讲的绕流边界层是不同的。而泄水建筑物的许多水力学问题都与紊流边界层的发展有关。本文总结了我们过去对溢流坝面紊流边界层及泄水建筑物反弧段紊流边界层的试验研究,并通过一定的理论分析导出了光滑溢流面及粗糙溢流面紊流边界层厚度的计算关系式。本文对国内外现有计算溢流坝面紊流边界层厚度的经验公式进行了分析对比,提出了较为实际的确定溢流坝面紊流边界层厚度的实用经验公式: δ/χ=0.0506(χ/△)~(-0.186) 本文对泄水建筑物反弧段边界层厚度变化规律,首次采用了“相对边界层厚度(δ/δo)”及“相对反弧长度(S/Rθ)”进行分析,能够将离散的数据集中,显示出明显的规律性。本文还提出反弧中点似为边界层厚度从增厚到减薄的“突变点”。在突变点以前紊流边界层厚度沿程变化的关系式为: δ/δo=e~(0.743)s/Rθ; 在突变点以后,紊流边界层厚度沿程变化的关系式为: δ/δo=0.53(S/Rθ)~(-1.45)     

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.     

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。     

用随机微分方程模型求解明渠渐变流

把随机微分方程理论引入到明渠渐变流水面曲线的计算中，建立了明渠渐变流的随机微分方程模型，在模型中将初始水深，糙率系数及渠道底坡视为随机变量，采用Ｌｉｏｕｖｉｌｌｅ定理求解相应的微分方程，得到了较好的结果，研究表明，随机微分方程理论可以在水力学许多问题中得到应用。     

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.     

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。     

基于DANS方程的粗糙床面明渠水力特性研究

基于双向平均NS方程(DANS方程)建立粗糙床面明渠水流数学模型,应用修正的S-A湍流模型对其紊流过程进行模拟,采用涡黏系数法计算明渠湍流在粗糙床面上存在障碍物时的形状应力,结果表明:形状应力在障碍物层以内不可忽略,而在障碍物上部,会迅速减小直至可忽略不计;速度值会随形状应力的增大而减小;障碍物顶部附近的雷诺应力也会因为形状应力的存在而有明显的减小。此外,针对障碍物孔隙率的研究表明:障碍物孔隙率的分布对速度、雷诺应力及形状应力等存在一定的影响,并且当孔隙率的分布越光滑时,其影响越小。     

不同雨强下土壤大孔隙对坡面流水动力学参数的影响

以室内试验槽为平台,利用人工模拟降雨试验,定量分析了坡度为5°时,在30mm/h,60mm/h和120mm/h降雨强度下,有大孔隙试验槽和无大孔隙试验槽坡面流的水动力学参数的异同点.结果表明,各场次降雨的两坡面流的流态均为层流,除降雨强度为30mm/h时,无大孔隙坡面的坡面流为急流外,其他场次的水流均为缓流;在同一降雨强度下,相对于无大孔隙坡面,有大孔隙坡面的坡面流流速、单宽流量、弗劳德数和雷诺数较小,径流深、径流切应力、水流运动阻力以及坡面糙率较大;随着降雨强度的增大,两坡面的径流深和单宽流量增加,坡面流流速、径流切应力和雷诺数均增大,阻力系数和曼宁糙率均呈现先增大后减小的趋势,弗劳德数则呈现先减小后增大的趋势.     

展向和流向间距不同的粗糙元壁湍流ADV实验研究

为了揭示粗糙元对壁湍流的影响,采用声学Doppler流速仪(ADV)对布有展向或流向圆柱形粗糙元的壁湍流进行了实验测量。研究了不同Reynolds数下不同间距粗糙元对壁湍流流向平均速度和湍流度的影响。结果表明:在同一Reynolds数下,粗糙元展向间距为7倍直径时的壁湍流流向平均速度最小,湍流度最大。粗糙元流向布置的壁湍流流向平均速度随粗糙元间距的减小而减小,湍流度随粗糙元间距的减小而增大。相比流向粗糙元,展向粗糙元对湍流流动特性影响更大。研究结果对壁湍流流动控制和强化换热的工程应用具有指导意义。     

大尺度粗糙床面水流特性试验与数值仿真分析

针对山区常见的大尺度粗糙床面河流中的水流运动特性问题,采用模型试验、数值计算和统计分析相结合的方法,研究了边长50mm混凝土方块在不同布置密度下,对浅水流动的自由表面形态、流速分布以及沿程阻力系数的影响。在此基础上,本文进一步提出了修正后的粗糙床面的沿程阻力计算公式,并采用非线性多元回归法基于试验与计算数据对公式系数进行回归。本文所修正的公式具更广的适用性,且计算分析结果与模型试验结果较为吻合,对于航道整治与船舶航行具有较强的工程参考意义。     

狭窄库区和开阔溃坝区溃坝洪水物模试验研究

提出的沿水发段加（减）糙方法，使狭窄库区模型在水深大幅度变动情况下，为满足水流对模型糙率的要求而同时实现重力相似和阻力阻似，提供了有效的解决途径，阐述了溃坝洪水试验模型设计布置，列举了实例，所采用的自动控制技术和量测试器设备，可模拟各种溃决过程并能获得所需的各项试验参数，指出了开阔溃区溃坝洪水演变的基本特性。     

高低刃脚异形钢围堰水力作用数值研究

建造桥梁深水桥墩多采用围堰施工,作用于围堰的水荷载是控制围堰结构设计及其下沉施工安全性和稳定性的关键因素,当前设计规范对围堰水力作用的考虑十分粗略。为探明某桥墩高低刃脚异形钢围堰施工过程中的水荷载特征,采用计算流体动力学方法分析围堰绕流流场,基于河道横断面地形资料足尺构建三维流体域,运用重叠网格技术高效建模模拟钢围堰下沉过程。研究结果表明,围堰两侧存在局部流动加速且呈不对称分布,围堰深水侧水流速度相对更大,围堰下方下游侧流速随河流深度增加呈降低趋势;围堰外表面压强除迎流侧为正压外,其余大部分均为负压,各区域负压随着下沉深度增加而逐步增大;下沉初期绕流场受围堰及护筒双重影响,随着围堰逐渐下沉至河床底,护筒影响逐步消失;流场各区域湍流强度随着下沉深度的增加整体呈现出先增大后减小的变化规律,最终最大湍流强度区域稳定于堰尾。围堰阻力系数及侧向力系数几乎不受来流流速影响,进一步验证了其无量纲性;阻力及侧向力随来流流速增大而增大;阻力随入水深度增大而增大,侧向力也整体表现出类似规律,但在入水深度8 m处受围堰异形区段三维流动效应影响,出现侧向力局部极小值的反常现象。     

车身非光滑表面边界层流场特性分析

为了研究非光滑车身表面边界层流场特性,采用大涡模拟与Realizable k-ε湍流模型对车身外部瞬态和稳态流场进行数值模拟计算,对比分析了非光滑模型与光滑模型边界层内速度、粘性底层厚度、壁面剪切力、表面摩擦阻力因数、湍流强度和湍流耗散率等流场参数,解析了非光滑表面对车身流场流动特性的影响.研究结果表明,非光滑模型边界层内速度明显高于光滑模型,边界层厚度、壁面剪切力、表面摩擦阻力因数、湍流强度、湍流耗散率都比光滑模型有所减小.非光滑表面的引入加剧了车身尾迹气流的参混效应,防止外界的高速流对内部低速流的引射作用,从而减少了车身流场能量的损失.     

洪水作用下车辆稳定性试验与安全标准研究

对洪水作用下车辆失稳时的受力情况进行分析,推导出车辆失稳临界条件方程,并结合三款不同型号1:18的车辆模型渡槽试验,确定方程中拖曳力系数、摩擦力系数、淹没深度与排开水质量关系。根据流动相似原理计算原型车辆失稳的临界水深-流速关系,并以此提出了车辆部分淹没时“大中小”车型的多层次安全标准。研究结果表明：随着水流流速增大,失稳临界水深变小,且流速-水深曲线“凹凸性”发生变化;随着车辆部分淹没水深增加,不同来流情况的临界流速逐渐趋近;同款车型在相同的水深条件下,侧向来流比正向来流更容易失稳;三车并列时稳定性介于侧向来流和正向来流之间;路面坡度越大,车辆越容易失稳;质量越大车辆,稳定性越好。