挟沙水流速度与含沙量垂向分布关系探讨

采用数据拟合构造的挟沙水流掺混长度,结合Prandtl掺混长度理论,得到新的挟沙水流流速分布。类比动量传递系数表达式与掺混长度的关系,结合挟沙水流流速分布公式,得到新的含沙量垂线分布公式。分别利用水槽及河道实测资料验证,结果表明流速公式与含沙量公式可以客观准确地描述流速、含沙量垂向变化规律,对含沙量有更高的精度。误差分析表明:近底层流速误差较大,说明底部边界层的选取与判别仍需深入探究;近表层含沙量误差较大,说明含沙量参考点的选取在理论上仍需研究,以摆脱其随机影响。     

长江口北槽下游河道悬沙浓度垂向分布特征研究

根据2013年10月26日至11月9日在长江口北槽下游河道从小潮到大潮连续14 d的现场定点水沙观测数据,对北槽下游河道悬沙浓度的垂向分布特征进行了研究,并探讨了盐度梯度和流速大小潮变化对悬沙浓度分布的影响.结果表明,北槽下游河道的水动力条件存在显著的大小潮差异,小潮具有流速弱、悬沙浓度低、盐度梯度大、盐度分层显著的特点,而大潮则具有流速强、悬沙浓度高、盐淡水混合程度高、盐度分层弱的动力特点.受较大盐度梯度和弱流速的影响,小潮期间的悬沙浓度分布主要为阶梯型和L型,强盐度密度分层使悬沙难以扩散到水体表层,高浓度悬沙仅出现在水体中下部.在强流速和弱盐度分层的影响下,大潮期间的悬沙浓度分布主要为线性分布,悬沙能够扩散到水体表层,盐度密度分层对悬沙浓度分布的影响显著削弱,在落潮后期悬沙浓度分布表现为典型的垂线型分布,悬沙在水体中充分混合.研究表明,小潮和大潮的悬沙浓度分布基本偏离Rouse分布,仅在小潮落憩时刻符合.在大潮期间,实测的线性分布都很好地符合Soulsby公式,利用该公式能够很准确地预测这些浓度分布.     

潮流数值模拟中紊动粘性系数的研究

从流体运动基本方程出发，对Boussinesq假设的合理性进行了初步探讨，阐述了紊动粘性系数的物理含义及其在数值计算中所起的作用，就一内设正交丁坝的半封闭海域中的平面紊动粘性系数对二维潮流数值计算结果的影响进行了讨论。结果表明，平面紊动粘性系数对潮位和平均流速的影响较小；随着紊动粘性系数的增加，丁坝背流侧回波的强度和影响范围均明显增大，就风生流和环岛水流两个理论算例中的垂向紊动粘性系数对三维潮流数值计算结果的影响进行了讨论。结果表明，垂向紊动粘性系数越大，流速分层越不明显，流速的绝对值也越小；垂向紊动粘性系数的梯度变化则对水平流速的垂向分布起着决定性的作用。综合理论分析和数值试验的成果，垂向紊动粘性系数宜采用抛物线分布的结构型式。     

植被覆盖的河道水流纵向流速垂向分布

为研究天然湿地灌木植被群落交错区植被特征参数垂向变化对水流流速垂向分布的影响,进行了室内实验。在室内水槽种植灌木植被和灌木-草本植被,沿纵向方向设置5个监测断面,垂向布设若干测点,利用Doppler流速仪测量纵向流速,比较分析单一灌木植被群落和群落交错区内纵向流速垂向分布规律。结果表明:植被之间水流纵向流速垂向分布近似为双曲线;植被冠层以上流速垂向分布符合幂函数曲线。     

秦皇岛筏式养殖对水动力和污染物输运的影响

随着秦皇岛近海筏式养殖产量增加和养殖规模的扩大,大量养殖网笼的布置改变了近岸海洋动力环境特性.结合筏式养殖物理模型试验和实测资料对水动力和水质数学模型进行率定和验证,运用验证好的数学模型,模拟秦皇岛有无养殖区条件下近岸海域水动力和污染物输运过程,探究筏式养殖区对海域水动力和污染物输运的影响机制.结果表明:养殖区对海域水流有明显的阻碍作用,区内流速明显减小;高密度养殖区较低密度养殖区流速减小幅度大;养殖区阻碍了污染物的输运,对污染输运的影响集中在养殖区内部,且影响程度向外海递减.     

植被覆盖的河道水流纵向流速垂向分布

为研究天然湿地灌木植被群落交错区植被特征参数垂向变化对水流流速垂向分布的影响,进行了室内实验。在室内水槽种植灌木植被和灌木-草本植被,沿纵向方向设置5个监测断面,垂向布设若干测点,利用Doppler流速仪测量纵向流速,比较分析单一灌木植被群落和群落交错区内纵向流速垂向分布规律。结果表明:植被之间水流纵向流速垂向分布近似为双曲线;植被冠层以上流速垂向分布符合幂函数曲线。     

泥石流堆积区粒度分布特征

为研究泥石流堆积区单期和多期粒度分布及其关系,通过现场调查和颗粒分析试验,采用统计法分析泥石流堆积区形态特征、平面和垂向粒度分布特征。结果表明:泥石流堆积区呈中间高两侧低,横轴与纵轴长度基本一致;平面上纵向从沟口到堆积扇前缘粒径逐渐增大,曲线范围峰值粒径百分含量中轴线最大,向两侧逐渐减小,中轴线粒径集中性强;平面上横向从沟口到堆积扇前缘粒径呈增大的趋势,曲线范围峰值逐渐变大,曲线范围峰值粒径百分含量逐渐增加,堆积区中部粒径集中性强;垂向上自上而下厚度逐渐增大,粒径曲线范围峰值主要为10～20 mm,具有较好的集中性。研究成果可为泥石流形成机理研究和泥石流防治规划等提供参考。     

超低频天线设计中的运动感应噪声研究

为进一步改善超低频天线收信性能,建立了磁场天线的理想振动模型,分析了天线灵敏度设计对运动感应噪声的影响,详细推导了均匀灵敏度天线的运动感应噪声功率谱,并在相同条件下与抛物线型灵敏度天线作对比,对比结果表明,2种天线在不同频率和天线长度下诱发的噪声强度不同,但均匀灵敏度型天线诱发的噪声始终要多于抛物线型灵敏度天线。通过优化配置线圈的电磁结构,给出了实际天线灵敏度的设计方法。针对运动感应噪声功率谱影响较大的横向力分布谱密度,通过多项式拟合和指数拟合的方式设计了新的表达式,利用该表达式进行仿真实验,并在不同天线长度和潜艇航速下,与目前主流的横向力分布谱密度函数进行对比分析。仿真结果表明,数据拟合得到的运动感应噪声谱密度随着天线长度的增加而降低,随着潜艇航速的加快而增大;指数拟合方式诱发的运动感应噪声强度与主流表达式诱发的强度基本一致,多项式拟合方式诱发的运动感应噪声相对较低。     

侧壁射流对突扩通道流动特性的影响

讨论了垂直于突扩通道主流方向的侧壁射流对壁面压力系数、传热系数和主回流区长度的影响 .采用标准k ε双方程湍流模型 ,对侧壁射流突扩通道中的流场进行了数值模拟 ,计算结果表明 ,侧壁射流位置越靠近入口 ,主回流区长度越短 ,最大压力系数位置前移 ,其数值增大 ,局部表面传热系数也增大 .根据计算结果 ,拟合出了侧壁射流速度值与突扩通道入口平均流速之比等于 2 .0时 ,主回流区长度与侧壁射流位置的关系式 .     

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.     

基于对数线性流速分布的含沙量垂线分布

为解决河口海岸地区非恒定流条件下的流速剖面常偏离传统的对数流速分布问题,以对数线性流速分布为基础,推导出动量交换系数,并基于扩散理论得出含沙量垂线分布公式。利用长江口及杭州湾金山海域各层含沙量实测资料对含沙量垂线分布公式进行验证,结果表明,该公式不仅克服了Rouse公式表面水体含沙量为零的缺点,而且在整个水深上与实测含沙量吻合得更好,能够较好地反映河口海岸地区含沙量垂线分布特征。     

方坯连铸结晶器壁面速度分布规律的研究

针对合金钢方坯连铸结晶器内钢液的流体流动，采用二维激光测速仪测定了４孔水口下结晶器内垂直平板壁面附近不同区域的流体运动速度。同时，根据对数壁面律，用回归方法导出不同壁面区域附近的对数壁面律方程和相应的经验常数，得到了结晶器壁面附近区域流体速度分布规律。     

用群系指标研究山西植被地带性

运用ArcGIS9.2软件,从山西植被图中采集各植被类型的每个图斑,将各群系归并到植被、森林、灌丛、草本植被或栽培植被后获取群系的个数和面积,计算群系指标,在SPSS18软件中分析群系指标与其经度、纬度、海拔高度的相关性,探讨植被地带性.用群系的密度、覆盖率和优势度这些指标研究植被、森林、灌丛、草本植被、栽培植被均具有一定的地带性.用群系密度研究植被、灌丛、栽培植被的纬度地带性和垂直地带性与物种多样性的一致,但森林、草本植被的地带性却有些不同.用群系覆盖率研究时,自然植被(森林、灌丛、草本植被)与栽培植被的地带性不同.用群系优势度研究地带性时会受群系的密度或覆盖率的影响.     

盲肠回流泥沙运动机理初析

本文以实验观察得到的物理模式为基础,依据Plandtl边界层理论、湍流的半经验和统计理论,及有关旋转流体的特性,建立了描述盲肠口门处水流泥沙运动的系统数学模型。并运用分解协调技术和Blasius相似解思想,求得模型的分析解和近似分析解。文中论述了主副流动量交换、泥沙扩散、平面回流结构和立体环流结构等理论问题。在VAX/VMS系统上进行了数值模拟,结果表明,理论和实测资料符合得较好。     

抛物型量子点的非线性光学整流研究

在紧凑密度矩阵方法和迭代法的框架下，从理论上研究了抛物型量子点（QDs）在不同的量子点半径、宽度以及外加电场和磁场下光学整流（OR）系数。在有效质量近似下，计算了量子点中电子的受限波函数和能量。给出了典型GaAs/AlGaAs抛物型量子点的数值结果。通过研究发现，非线性光学整流系数受到量子点的宽度、半径以及电场和磁场的强烈影响。在考虑电场和磁场的影响时，峰值向高能量方向移动。     

功能梯度材料中SH波的传播

对功能梯度材料中SH波的传播问题进行了研究.建立了功能梯度材料中SH波的变系数微分方程.利用WKBJ理论对变系数微分方程进行了求解,给出了功能梯度材料中位移的解析解.以功能梯度材料剪切弹性模量和质量密度均呈抛物线变化为例进行了实例计算,得到了功能梯度材料中SH波的波速、波幅变化曲线,分析了功能梯度材料中SH波传播的一般性质.     

强稳定二阶Runge-Kutta最优算法

研究一阶常微分方程数值解的收敛性与稳定性，利用最优化方法，确定最优系数，导出两个强稳定的单步公式，并加以优化和改进，得到新的算法。经过实际计算，结果优于目前的单步公式，同时也验证了梯形公式。     

二维非静水压的海洋波动

在垂向动量方程中引入柯氏力的分量,即考虑在非静水压下的海洋波动,证明了只有当密度分层时,上述的柯氏力分量才对波动有影响,并且使得前传的内重力波速小于后传的波速,对于任意波数,内重力波速总是落在某一范围内。     

一个新的Ekman泵公式在大气边界层Ekman垂直速度计算中的应用

利用GCM模式资料和Tan最新得到的具有复杂边界的层结大气边界层的Ekman泵公式,计算了大气边界层顶的Ekman垂直速度.结果表明,除青藏高原外,一般地区的大气边界层顶垂直速度的量级为每秒零点几厘米.在青藏高原地区,大气边界层顶的垂直速度可达每秒几厘米的量级,其分布类型在冬季和夏季显著不同,与该地区的盛行风系紧密相关.将新的Ekman泵公式的结果与经典的Ekman泵公式的计算结果进行比较,讨论了二者间的异同.     

基于变分理论与时间相关的抛物型反源问题

研究了一类变系数抛物型方程的源项重构问题,这里的源项仅与时间相关。与以往工作不同,文中的附加条件是关于空间变量积分后得到的,这种类型的附加条件有利于消除随机选择所带来的误差,但同时会导致很多分析方法不可用。基于变分理论,首先给出了变分公式,并利用变分公式证明了解的唯一性;其次给出了时间离散模型和基于线性离散化的变分形式,导出了一系列先验估计,并证明了弱解的存在性。