基于含沙紊动水流掺混长度的含沙量垂线分布

根据Prandtl掺混长度理论对紊流动量传递的假设,推广得到挟沙水流中泥沙扩散对应的含沙紊动水流掺混长度。类比Prandtl动量传递系数与紊流掺混长度的关系,由含沙紊动水流掺混长度推导出与实测数据吻合较好的泥沙扩散系数,得到新的含沙量垂线分布公式,并利用多个海域实测资料对其进行验证。验证结果表明,新的含沙量垂线分布公式能够较客观地反映含沙量垂线分布规律。     

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．     

弯道水流紊动强度

采用先进的三维声学多普勒流速仪对水力光滑壁面的弯道水流紊动特性进行了系统的试验研究，较为全面地测量了弯道水流的三维时均流速和脉动强度等．根据试验数据，探讨了弯道水流的紊动机理，分析了弯道水流的紊动特性，得出了弯道水流纵向相对紊动强度的数学表达式；同时还对弯道水流纵向、横向及垂向的紊动强度分布特点进行了比较．     

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。     

高含沙水流流动稳定性特征的研究

流动稳定性涉及较为宽广的研究领域和很多工程实际问题．层流转捩为紊流,是由于层流流动失稳所致,判断失稳与否,则采用稳定中性线和临界Reynolds数的标准加以判断,其对应的流动介质为清水,亦即单相的Newton流体,而对于江河中广泛存在的高含沙水流,在传统的流动稳定性理论中则没有讨论,该文就是补充这方面的不足．研究发现,对于高含沙水流等非Newton流体,层流转捩为紊流以及紊流溃灭再次转为层流,其不仅主要取决于惯性力与黏性力的比值—临界Reynolds数,而且还取决于这种非Newton流体中含沙量的大小、含沙量的分布形式、含沙颗粒粒径的大小以及含沙颗粒的重度等多种因素．研究结果为解释河流中的“浆河”现象、挟沙水流湍流强度及湍流结构的变化趋势提供了一些重要的学科依据．     

丁坝回流区水流紊动强度试验

丁坝是一种河道整治及护岸工程的设施。为研究丁坝回流区水流的脉动特性和冲刷机理,对玻璃水槽内丁坝回流区水流进行了测量。用三维激光颗粒动态分析仪(3D-PDA)测量三维脉动流速。分析了丁坝后3个流区(主流区、回流正流速区和回流负流速区)的紊动强度。结果表明:丁坝后回流区纵向紊动强度明显增强,且回流正流区大于回流负流区。主流区、回流正流速区和回流负流速区的3个流区纵向紊动强度均以对数形式沿程减弱,至回流结束一段距离后恢复到无丁坝状态。     

含沙掺气高速水流对壁面磨蚀的分析

搪塞了沙粒磨损分析,分析了影响腐蚀的因素,研究了掺气抗磨的可能性,根据试验数据导出了混凝土材料壁面磨损率的计算公式。研究表明,含沙水流对固壁材料的腐蚀率随掺气浓度、材料强度的增大而减小,随水流流速,含沙量的提高而增大。     

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。     

含沙水流时水泵汽蚀性能的分析研究

从理论上分析推导了抽送含沙水流时泵的汽蚀余量随含沙量的变化关系。结果表明，清水泵抽送含沙水流时其临界汽蚀余量增大，使泵提前发生汽蚀，临界汽蚀余量的增值与含沙量成线性关系，其变化趋势与实验资料吻合，从理论上阐述了清水泵抽送含沙水时汽蚀破坏加剧的原因及安装高度的确定原则。     

紊流中泥沙颗粒的跟随性分析

基于河工模型试验中含沙量比尺的选取与所选择的模型沙相关的特性,运用异质粒子与紊流跟随性计算结果,从定性上阐释含沙量比尺的取值问题.异质粒子与紊流的跟随性分析表明,模型沙的跟随度随着容重及粒径的减小而增大,采用容量过小的轻质沙,容易使粒径出现严重的变态,从而可能出现含沙量比尺小于1的现象.     

崖门水道悬沙输运及底床冲淤特性研究

针对感潮水道独特的水动力特征和泥沙输移情况,同时考虑径流、潮流等多种动力因素共同作用,建立了三维悬沙输运及床面冲淤数学模型.水平方向采用非结构三角形网格,垂向采用σ坐标,利用有限体积法离散积分形式三维浅水守恒方程,对每个控制体单元分别进行水量和动量平衡计算.利用模型对崖门水道的悬沙分布和输运情况进行了数值模拟,对泥沙浓度场的分布特征进行了分析,并对底床冲淤变化进行了定量计算.     

螺旋流冲沙与输沙

水土流失与泥沙淤积是一个普通性的问题,水库泥沙严重淤积的原因是上游无永久有效的水保措施而自身又无完善的冲沙与输沙的设施,压力缝隙螺旋流具有流速高,水层薄,切力大,流程长,以及有利的压力分面等特点,可被应用于中冲刷淤积泥沙,在２ｍ水头下,其浓度可达４００～９００ｋｇ／ｍ＾３水平管螺流可应用“抬托”泥沙,使推移质容易地转变悬移质,从而可大幅度低流速,减小能被;为高浓度,低能耗,远距离输送泥沙提供一种新     

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。     

螺旋流输沙相似律探讨

本文从分析螺旋流流态入手，考虑泥沙的运动状态相似，讨论了螺旋流中均匀泥沙在有效重力和绕流阻力作用下成为悬移质的相似律，以及泥沙的起动相似和悬移相似的同一性问题；分析了螺旋流输沙过程中沿程阻力损失。它为螺旋流输沙的试验研究提供了可靠的理论依据。     

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．     

潮流与泥沙输运对黄骅港工程的响应分析

黄骅港的泥沙淤积问题一直是影响通航能力和投资建设的关键因素.黄骅港通过2011年整治工程大大改善了航道的通航能力,并减缓了泥沙的淤积,为港池提供了平稳的水域.基于验证的MIKE 21软件中的潮流和泥沙数学模型,计算分析了2011年工况下港区的潮流场以及泥沙浓度场对工程的响应,并对比分析了有无波浪作用下泥沙浓度场的变化,得出以下结论:防波堤外延把黄骅港分为了两个相对独立的区域,明显的阻流作用迫使潮流携带泥沙沿堤向外海侧搬运;无波浪作用时,港区含沙量在平均值0.02kg·m-3附近变化,有波浪作用时,含沙量大幅上升,近岸区形成高含沙水体;防波堤阻碍高含沙水流跨过航道,提高了航道的使用寿命.     

平衡输沙条件下非均匀推移质运动特性

考虑床沙特性以及颗粒暴露度对非均匀沙运动的影响,根据滚动平衡关系,提出了非均匀沙起动流速公式,利用实测资料分析了附加阻力系数的特点,并得到其数学表达式.通过对非均匀泥沙颗粒运动方程的分析,导出了非均匀沙临界起动希尔兹参数的数学表达式,从而从理论上解释了非均匀沙颗粒与均匀沙起动的不同之处(粗颗粒较同等粒径均匀沙容易起动,细颗粒则与之相反).分析了非均匀沙颗粒随水流运动的特点,指出非均匀沙颗粒运动与其所处的床面条件具有直接的关系,床面条件不同,运动也将呈现不同的特点.最后建立了平衡输沙条件下非均匀推移质分组输沙率公式,公式的计算值与实测资料吻合较好,并且能够用来计算均匀沙推移质输沙率,具有广泛的通用性.     

黄河下游河道输沙用水量研究

从上游来水来沙状态、下游河道输沙目标、下游河道水流输沙能力和水利枢纽调控调度4个层次分析了黄河下游河道输沙用水效率。根据1950－1997年期间的实测资料，分别讨论了黄河下游不同河段在自然、受控、复杂和异常状态下的输沙用水量。在各种状态下根据河道和输沙特性的差异，分别按照均衡和平衡输沙目标计算了下游河道输沙用水量。在设定输沙目标下，以年内不同时段水流挟沙能力为依据，对比了可能提高输沙用水效率的不同调控方案，例如在汛期或7－8月输送全年泥沙的方案等，以便减少黄河下游输沙用水量并缓解黄河水资源的紧张趋势。这些方案有可能通过水利工程枢纽的调控来实现，为此中给出了不同状态下均衡、平均输沙用水量可调控的阈值。     

二维水库水流泥沙数值模拟

根据水库的水沙运动特点及库区地形条件,考虑悬移质和推移质运动,建立了二维水流泥沙数学模型。网格单元用拉普拉斯方程和代数方法生成,模型方程用有限元法离散求解。利用水槽试验资料和水库实测资料进行模型验证和稳定性分析,结果表明：计算的断面流速分布、流场和河床变形与实测结果基本吻合。