植物高度非均匀性对明渠床面糙率影响的试验研究

采用多普勒流速仪测量边壁附近的流速,用间接法中的流速测量法测量边界上的切应力,用棕榈毛作为植物的模拟材料.以植物高度表示有植物床面的粗糙突起程度,以高度的方差表示粗糙度的非均匀性.在植物密度和直径不变的情况下,对不同高度组合的植物进行了水槽试验研究.探讨了植物高度的非均匀性对水流阻力的影响.结果表明:与高度均匀的植物相比,随着植物非均匀性的增大,阻力的差异先增大后减小,最后非均匀性的影响消失.     

圆拱形明渠阻力系数的试验研究

本文结合工程水力模型对两种底坡的有机玻璃明渠进行试验研究．试验表明，在水力 光滑区沿程阻力系数λ与雷诺数Ｒｅ可表为指数函数关系，明渠底坡对阻力系数λ的变化规律没 有影响，而在过渡粗糙区明渠底坡对其则有明显影响．其次根据实测资料数值分析表明，在水力 光滑区谢才系数Ｃ与水力半径Ｒ及糙率ｎ的关系，仍可表成Ｃ＝ Ｒｙ的指数函效形式，文中提出谢 才系数Ｃ的经验计算公式．     

挟极细沙水流的明渠综合糙率系数变化规律研究

小浪底调水调沙过程中,黄河中下游发生的洪峰异常增值现象是由河道糙率减小所致.通过挟极细沙水流的明渠水槽实验,证明极细沙在粗糙床面具有明显的减阻作用,并对减阻机理进行了分析.该研究对于含沙水流的运动规律以及洪水的预报与防洪具有重要的参考价值.     

植被对水流结构影响研究进展

国内外对于有植被明渠水流的研究还很少。本文根据现有的相关资料归纳、分析了植被对水流结构影响的现象及机理,即植被对水流速度、紊动结构及能量的影响,最后提出了进一步研究的问题。     

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。     

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。     

基于fluent的明渠水流三维数值模型验证

基于Tominaga和Nezu等人的矩形明渠试验模型数据,利用Fluent软件,分别采用刚盖假定方法和VOF方法,模拟明渠自由水面,对比研究不同宽深比条件下的明渠水流特性。通过分析研究得到:与刚盖假定法得到的模拟值相比,VOF模拟值更接近试验值,且VOF方法模拟得到数据显示在宽深比小于5时,垂线最大流速出现在相对水深0.6～0.8的范围内,这与传统理论研究也是相符合的。     

明渠减速流下床面摩阻流速研究

针对明渠非均匀流,采用立面二维数值试验的方法,并将雷诺应力垂线分布计算结果延伸至床面,以此计算减速流情况下床面摩阻流速,得到了不同壅水下床面摩阻流速的计算结果.研究表明:在壅水情况下,当流量和底坡相同时,壅水段摩阻流速随水深的增加而逐渐减小;在相同水深和底坡下,摩阻流速随流量的增加而增大;在相同流量和水深下,摩阻流速随底坡的增大而增大.为满足工程中计算的需要,根据数值试验结果拟合得到了明渠水流壅水情况下床面摩阻流速的实用计算式.     

明渠水流流速的时空相关性

为了研究明渠水流流速的时空相关性,在水槽中进行了3种不同比降的恒定均匀流试验。利用粒子图像测速系统(PIV)对水流的时间序列二维流场进行了测量,根据测量结果,分析了流速的时空相关性及其随比降的变化。结果表明:纵向流速空间相关等值线基本呈椭圆形分布,垂向流速空间相关等值线基本呈圆形分布,两者的时间相关曲线均呈一衰减曲线分布;随着比降的增大,同一数值的等值线包含的空间范围减小,而同一时间间隔对应的时间相关系数减小。     

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.     

明槽水流中颗粒运动特性的试验研究

将改进的PTV用于测量明槽水流中的颗粒运动,对三种粒径(d=0．55mm、0．95mm和1．55mm)的塑料沙进行试验,得到了大量的颗粒运动轨迹,并对颗粒的运动学特性进行了分析．研究结果表明,颗粒运动轨迹可分为上升、下降和平移三种基本类型,颗粒以不同类型运动时其纵向、垂向的运动速度以及颗粒的受力情况均明显不同,特别是在近底区．按颗粒运动的三种类型给出了一些典型轨迹,并得出了颗粒纵向平均运动速度分布以及按三种运动类型进行条件平均的纵向、垂向平均速度分布等研究成果．     

用舍位二阶滤波计算明渠水流

在水面线计算时需要选取合理的曼宁粗糙系数n。传统的方法是把n看成一个确定性数值,选定一个经验公式或查表来推算得到。其实n受到许多因素的影响,是一个不确定性数值。再者,在建立描述水面沿流变化的微分方程式时,由于作了种种近似假设,使方程本身受到噪声干扰。此外,由于条件的限制,使得量测数据也含有随机误差。基于以上所述,考虑到糙率等非确定因素的影响,可以得到水面曲线和糙率计算的连续—离散非线性随机模型。通过应用滤波理论,得到一整套更为准确和合理的估计算法,计算结果与水槽试验和某工程实例相对比,取得了令人满意的成果。     

水流中植物的挠曲变形及耗散能

基于植物上的水动力分析,推导了其在紊动水流作用下的挠曲率形及其能量耗散计算关系,探讨了紊动水流和植物丛之间的能量转化规律,为进一步研究其水流基本方程奠定了基础．     

植被作用下复式渠道的三维湍流数值模拟

针对浅水植被作用下的渠道流动特征,建立了三维标准的k-ε双方程湍流数学模型,模型考虑了植物拖曳力对水流的影响,植物阻力作为源项被加入到各方程中.曲线网格被应用模拟复杂边界的区域,变量采用部分交错网格布置,利用控制体积法离散控制方程,采用由二维深度平均方程演化而来的2D泊松方程计算三维自由水面,应用SIMPIEC程式求解离散的方程.通过实验室局部带有刚性植被的顺直矩形水槽和滩地种植植物的复式顺直水槽进行了数值模拟研究,给出了测量断面带有植被和未带有植被的速度对比结果及速度、湍流动能等值线图,计算结果和测量结果符合得较好.通过对比分析发现,未种植植被的水槽主流分布在整个渠道断面,种植植被后,由于植被拖曳力的影响,使得主流流速分布发生了改变,主槽流速增大,滩地流速降低,滩地上计算的纵向流速出现了S型的分布,在植物顶部和临近主槽一侧水流的交界面湍动能最大.     

水土界面内外流体运动特征分析

基于FLUENT软件,模拟了多孔介质底床内部孔隙流和表面自由流共同作用下的流场结构。结果显示,主流区水流通过圆柱体顶部时会发生脱溜-靠溜过程;且该过程中水流的流态不对称;孔隙水流的流速与紊动强度远小于切向主流区;孔隙内紊动强度随孔隙所在深度的增大而逐渐降低,且降低幅度逐层减小。     

明渠水流挟沙能力的进一步研究

本文根据修正维利堪诺夫重力理论,利用拜格诺建立悬移质输沙率公式的基本概念,导出了明渠水流挟沙能力公式,并用野外和室内实测资料确定了公式中悬浮效率系数K的值。通过用黄河土城子河段的实测资料验证,结果表明计算值与实测值有较好的一致性。     

复式断面明渠平面准二维流场的数值模拟

通过简化宽浅明渠二维水流运动方程，得到垂线平均流速在横在横向变化的微分方程式。以此为基础，建立了一个模拟复合断面明渠平面流场的准二维水流计算模型，通过实例对模型进行了验证和对比，并分析了横向无量钢紊乱流粘性系数的取值对计算结果的影响，结果表明，该方法的计算精度明显优于传统方法。     

流速对深水锁扣钢管桩围堰侧向变形影响研究

以某城市快速路跨河大桥桥墩锁扣式钢管桩围堰施工为背景,利用Plaxis 3D三维建模,模拟了围堰分步施工过程,研究了仅静水压力及考虑静水、流水压力共同作用下围堰侧向变形空间效应。基于此,分析了不同流速、钢桩直径、嵌入深度及围护结构形式对侧向变形的影响。结果表明：静水与流水压力共同作用下围护结构迎水面侧向变形远大于仅考虑静水压力,最大变形出现在中心线处;迎水面侧向变形分布与明渠流垂向流速分布规律一致,最大变形点位于流速最大对应深度处;增大钢桩直径可有效减弱围堰侧向变形程度,当钢桩嵌入中风化砂岩后,嵌入深度对侧向变形影响不大;采用圆形围护结构形式可极大地降低水流力对围堰侧向变形的影响,且整体受荷情况与变形分布较矩形更为均匀。     

梯形断面明槽中恒定均匀流的流速分布

采用Ａ．Ｒｉｔｚ方法和Ｆｏｕｒｉｅｒ级数求得梯形断面明槽中恒定均匀层流流速分布的精确解,又根据笔者建议的关于脉动粘性系数ＶＴ的假设,给出了相应的紊流流速分布的公式。