越过矩形分流墩的流态及急流自由水面

本文通过理论分析和模型试验研究了越过矩形分流墩的水流流态及墩上游自由水面特性。得到了墩上游水跃旋滚与急流飞越而过之间的界限流态佛氏数判别公式，经验证与试验数据吻合。证明了当急流飞越而过时，佛氏数对墩上游天因次水深的影响微小可忽略不计。并得到了墩上游自由水面受墩高、墩宽的影响范围，以及墩上游水深不受收缩比影响的界限收缩比和无因次水深随墩高比、收缩比的变化规律。     

矩形分流墩墩体壁压特性及其空化研究

通过系统的模型试验研究了中，低佛氏数下急流越过矩形分流墩，墩后通大气的情况下，墩体壁压及其空化可能性，得到了墩顶挑射流态下，墩上游和墩体壁压分布规律；分析了墩体阻力系数与相对墩高，收缩比及控制断面佛氏数的分布规律。试验结果证明，当墩后充分供气时，墩体产生空蚀的可能性极小。     

低水头条件下常用底流消力池的对比研究

低水头消能工常常存在水流佛氏数小、消能效率低等问题,为此常在底流消力池中添加辅助消能工以求达到良好的消能效果.国内外常用的低佛氏底流消力池有USBR-Ⅳ型、ISI型、SAF型和T型等4种型式.文章采用k-ε方程紊流模型并结合VOF追踪自由水面法,通过数值模拟对上述池型各自的消能效果、流态分布、工程造价等方面进行对比研究...     

低佛氏数水跃跃后最大波高的研究

对低佛氏数水跃消能水跃跃后最大波进行了理论分析和试验研究,研究表明,低佛氏数Fr=1.0-1.7情况下的水跃消能率低,跃后水面波动是造成下游河床和岸壁冲刷的主要原因,通过理论分析和试验研究得出了低佛氏数水跃后最大波高的经验公式。     

圆弧形鼻坎挑射流空中消能率的试验研究

运用量纲方法分析了圆弧形鼻坎挑射流空中消能率的影响因素,采用两个系列共5种圆弧形挑流鼻坎模型,研究空中消能率与鼻坎体型参数和射流起挑断面弗劳德数的关系。试验结果表明起挑断面弗劳德数和鼻坎挑角对空中消能率的影响较大,相对反弧半径对空中消能率的影响可以忽略。据试验数据拟合的空中消能率的计算公式是鼻坎挑角和起挑弗劳德数的函数,拟合公式计算值与试验值的误差小于8%。     

低坎分流墩消能工削波机理及其体型设计

为了低坎分流墩消能工的推广应用,以低佛氏数(Fr)水流的表面波浪作为研究对象,在揭示低坎分流墩消能工的削波机理基础上,提出了该消能工的体型设计方法,并将其应用在金鸡滩水利枢纽进行物理模拟验证。研究结果表明,利用经验公式设计出的低坎分流墩消能工,消除了低Fr水流水舌摆动的根源,改善了下游水流流态,下游水流表面波浪较小,削波效果显著。研究成果丰富了低坎分流墩消能工技术,为低坎分流墩消能工技术在实际工程中推广应用提供了理论依据。     

二阶波-流和结构物相互作用的高阶有限元分析

基于时域二阶势流理论,采用基于三次形函数的高阶有限元法分析波流和结构相互作用问题.一、二阶问题分别满足各自的自由表面条件和物面条件,开边界条件采用人工阻尼区来保证外传波条件.用四阶Adams-Bashforth格式并配合时步处理来计算自由表面上的波和速度势,在每一时步,一、二阶速度势通过有限元法计算求得.对位于均匀流中的水平半圆柱体在水面的绕射问题进行了数值模拟,计算自由表面波时间历程和圆柱所受到的波浪力,分析了水流对一、二阶波及作用在结构物上的一、二阶水动力的影响,结果表明:上游和下游区域二阶波均随傅氏数增大而增大,当较大无因次波数时二阶力也均随傅氏数增大而增大.     

低佛氏数对冲式消力池紊流水流的数值模拟

采用RNG k-ε紊流模型和体积函数法(volume of fluid．VOF)追踪自由水面的方法，数值模拟了低佛汝德数对冲式消力池中的水流结构，并与试验进行了比较，结果显示其水流特性、断面流速、压力分布及自由水面位置与物理模型试验吻合良好，此成果有助于了解对冲式消力池的水流结构．为工程设计提供依据。     

用分步有限元法求解三维不可压缩流动

将计算二维不可压缩流动的分步有限元格式扩展到三维情况 ,由于该格式没有引入新的高阶空间导数项 ,适用于多维空间的非线性问题。实际求解了三维空腔流 ,在 Re数较低的情况下得到的流态不随时间而变化 ;在高 Re数(Re=40 0 0 )的情况下 ,流态十分复杂并且是非定常的 ,在水平断面具有多个非定常旋涡 ,在垂直于流动方向的立面断面上可以模拟到 TGL涡。本格式的迎风效应是 Taylor展开式的高阶精度项 ,没有人工粘性引入 ,得到的结果可靠性好     

福生水电站冲沙闸水工模型试验研究

根据福生水电站冲沙闸佛氏数低消能效果差的特点,采用物理横型试验方法对冲沙闸的泄流能力、水面线、流态、消能效果及对下游河道冲刷影响进行了试验研究,提出了优化后的消耗建筑物型式和结构尺寸,为设计提供了依据.     

墩柱周围水流表层涡漩区宽度的试验研究

墩柱周围水流涡漩区为航行的不安全区域,该区域宽度的确定对通航河流桥梁附近航道及桥梁设计具有重要意义．采用粒子图像测速技术,对直槽和弯槽中圆柱周围近区表层的速度分布进行了测量．依据所测得数据,可知墩柱周围涡漩区的宽度与墩前行近水流条件、河槽弯曲情况等因素有关;并得到了圆形墩柱两侧水流表层涡漩区宽度与弗汝德数的相关关系．     

地震时作用于深水桥墩上的动水力及对桥墩动力响应的影响

基于势流体理论,针对一典型实体矩形截面桥墩,分析了不同水深时,动水对桥墩自振特性的影响.研究了不同水深和地震波类型等条件下,作用于桥墩上动水压力的分布规律及其合力作用点位置,并分析了动水对矩形截面桥墩在地震作用下动力响应的影响.结果表明,由于动水和结构相互作用的影响,矩形截面桥墩的自振周期、墩底弯矩及剪力的峰值会随着水深的增加而不断增大.动水使墩底弯矩和剪力分别最多增大了31%和50%,因此动水对桥墩动力反应的影响不可忽略.并且,不同类型地震波对作用于桥墩上的动水压力分布的影响也不相同.根据日本规范计算作用于矩形截面桥墩上的动水力的结果与本文的结果更为接近.     

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。     

城门洞形及马蹄形过水隧洞的临界水流

针对水利工程上常用的城门洞形及马蹄形过水隧洞,利用临界流方程,给出了旨在用于临界流分析的断面参数Ｚ和水力指数Ｍ 的计算公式和表示水深与Ｚ以及Ｍ 之间的关系曲线。计算曲线表明,若隧洞的高宽相等,在水深比小于１．４ 时, Ｍ 值的变化范围很小,而当水深比达到１．９０时,两种隧洞具有近似的临界流特征。分析和计算还表明,圆顶隧洞在水深无限接近洞顶时不可能出现临界流状态,但洞内水位较高时,其临界流的波状水面可较早地引起封顶水流。所提供的公式和曲线可为隧洞的水力设计所参考。     

Cloud microphysical and rainfall responses to zonal perturbations of sea surface temperature: A cloud-resolving modeling study

The cloud microphysical and rainfall responses to zonal perturbations of sea surface temperature (SST) are investigated by analyzing the equilibrium simulation data (from day 31–40) obtained from a series of two-dimensional cloud-resolving simulations with a zonal model domain of 768 km. Four experiments imposed by zonal SST perturbations of wavenumbers 1 (SST29Z1), 2 (SST29Z2), 4 (SST29Z4), and 8 (SST29Z8) are compared to the control experiment imposed by zonally uniform SST (SST29). The model domain mean SST is 29 C, and the two-dimensional cloud-resolving model with a cyclic lateral boundary is also imposed by zero vertical velocity and constant zonal wind. The time and model domain mean surface rain rates in SST29Z1, SST29Z2, and SST29Z8 are about 10% larger than those in SST29, whereas the mean surface rain rates in SST29Z4 and SST29 are similar. The analysis of mean surface rainfall budgets shows that local water vapor and hydrometeor changes play important roles in determining the differences and similarities in mean surface rain rate between the perturbation experiments and the control experiment. Both convective and stratiform rain rates are larger in SST29Z1 and SST29Z2 than in SST29 due to the smaller advection of rain from convective regions into raining stratiform regions and the larger vapor condensation rates associated with the larger water vapor convergence over raining stratiform regions in SST29Z1 and SST29Z2. The convective rain rates are larger in SST29Z4 and SST29Z8 than in SST29 because of the larger condensation rates associated with the larger water vapor convergence over convective regions in SST29Z4 and SST29Z8. The stratiform rain rates in SST29Z4 and SST29Z8 are smaller than in SST29 due to the smaller vapor condensation rates and smaller collection rates of cloud water by rain over raining stratiform regions in SST29Z4 and SST29Z8.     

Decreasing overflow from the Nordic seas into the Atlantic Ocean through the Faroe Bank channel since 1950.

The overflow of cold, dense water from the Nordic seas, across the Greenland-Scotland ridge and into the Atlantic Ocean is the main source for the deep water of the North Atlantic Ocean. This flow also helps drive the inflow of warm, saline surface water into the Nordic seas. The Faroe Bank channel is the deepest path across the ridge, and the deep flow through this channel accounts for about one-third of the total overflow. Previous work has demonstrated that the overflow has become warmer and less saline over time. Here we show, using direct measurements and historical hydrographic data, that the volume flux of the Faroe Bank channel overflow has also decreased. Estimating the volume flux conservatively, we find a decrease by at least 20 per cent relative to 1950. If this reduction in deep flow from the Nordic seas is not compensated by increased flow from other sources, it implies a weakened global thermohaline circulation and reduced inflow of Atlantic water to the Nordic seas.     

气流场中石蜡颗粒表面的剪切脱水

针对水冷塔石蜡造粒工艺中石蜡颗粒表面脱水,提出用气流剪切脱除颗粒表面残留水的方法,设计了气流剪切脱水的设备结构,并实验验证了该过程脱水的有效性。分析了颗粒表面的脱水过程,由于水滴在石蜡表面不润湿,在表面张力作用下,以球帽型液滴形式存在,在气流的剪切作用下,水滴从石蜡表面脱离。实验结果表明,在3.5m/s气速下,10s的停留时间就能实现石蜡颗粒表面完全脱水,脱水速率与颗粒表面相对气速有关,随操作气速增大,脱水速率加快。剪切脱水过程中的流化空气不需要加热,能耗低。     

秸秆覆盖对岩溶区稻田土壤优先路径特征的影响

为探究秸秆覆盖对桂北岩溶区水稻田土壤优先路径的影响,采用野外染色示踪方法,结合图像形态学解析技术与空间统计分析方法,研究桂北岩溶区秸秆覆盖与非覆盖条件下水稻田优先路径及其空间分布特征。结果表明：随土壤深度的增加,秸秆覆盖条件下的水稻田土壤染色形态呈表层整体分散分布向深层团块状零散分布形态转变,而非秸秆覆盖条件下的土壤染色形态以聚集枝状裂隙为主向两侧团块状分布形态转变,且秸秆覆盖的水稻田平均总染色面积比(18.23%)仅是非秸秆覆盖的0.75倍,二者之间差异显著(P＜0.05)。秸秆覆盖条件下水稻田的平均优先路径总数量(6323)仅是非秸秆覆盖条件下的0.81倍,二者优先路径数量均随土壤深度的增加而降低,但覆盖条件下水稻田的优先路径数量下降最快,以4.48倍速减小,其优先路径的平均复杂度为2.11,而非覆盖条件下水稻田优先路径平均复杂度为2.14,二者之间差异性显著(P＜0.05),即非秸秆覆盖下的水稻田优先路径扭曲程度更高,表现为路径较集中的空间分布状态,且秸秆覆盖措施影响水稻田优先路径。覆盖措施虽加快了土壤表层水流运动状态,但降低了深层土壤中优先流的发育程度,减少了田间水肥深层渗漏,在一定程度上可提高作物耕作层中的水肥利用率。