高含沙水流紊动输送

通过理论及资料分析研究了清水、低含沙水流和高含水流的紊动粘性系数变化规律。结果表明，考虑紊流相干结构的清水水流紊动粘性系数随尾迹强度的增加或减小而相应增减。低含沙水流紊动粘性系数随含沙量增加而减小，即挟沙后水流紊动强度减弱。高含沙水流紊动粘滞系数更是如此，且垂向最大值偏离中间水深向下移。紊动粘性系数与含沙量、冲刷、淤积状态有关，宾汉极限剪切力对紊动粘性系数有较大影响。     

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．     

挟沙水流悬移质运动效率系数的研究

悬移质运动效率系数是泥沙悬浮运动消耗能量(悬浮功)与挟沙水流紊动能量之比值,它是反映悬移质运动能量功效最重要的特征参数.本文基于两相挟沙水流紊动能量平衡方程,在二维、恒定、均匀及充分紊动的流态条件下,经过必要的推导和简化,得出悬移质运动效率系数理论表达式;通过应用黄河下游实测资料,对效率系数公式进行验证计算,结果表明效率系数公式计算值与实测值相符较好;进一步应用黄河下游实测资料,建立了效率系数与水流挟沙能力之间的关系,说明随着含沙浓度的增加,水流挟沙能力相应加大,效率系数呈下降趋势,并趋于一个稳定的低值范围,含沙浓度进一步增加不会给水流增添额外的能量负担,为黄河挟沙水流高效输送提供了科学依据;同时效率系数公式的导出为建立挟沙水流挟沙能力公式、揭示输沙机理奠定了基础.     

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。     

刚性沉水植物影响下波浪传播及泥沙悬浮数值模拟

由于植物引起的紊动作用,含刚性植物床面中悬浮泥沙浓度与无植物裸床相比显著增加,而通过平均流速计算底床切应力的传统泥沙模型无法模拟出该现象。因此,在含植物水流水沙运动物理模型试验的基础上,构建了基于Flow–3D的含刚性沉水植物条件下波浪传播的三维数学模型,模拟了植物影响下波浪动力特征和泥沙悬浮过程,同时从紊动能角度修正希尔兹数,对泥沙模块进行了改进。与实测数据相比,该模型可较精确地模拟出植物引起的整体水流流速减小和局部冠层顶部处的流速增大、水体紊动增强以及紊动能在波周期内出现两个峰值的现象。与原始泥沙模块相比,改进的模型考虑了植物尾流紊动对泥沙运动的影响,可提高含植物床面泥沙悬浮模拟的精度。     

考虑水流紊动的丁坝下游回流区水流挟沙力研究

研究复杂流态下丁坝回流区水流挟沙力的变化规律,对于优化丁坝设置具有重要的意义.基于丁坝水流紊动实验所得主流区、回流正流区和回流负流区的水流紊动强度,利用水流切应力和流速的关系,建立了考虑水流紊动强度的丁坝回流区水流挟沙力公式.利用此公式解释丁坝后的淤积现象、三峡永久船闸上引航道口门区淤积以及桥墩后部漩涡冲刷现象,并给出不同紊动强度下主流区、正流区和负流区不淤流速.公式可用于回流河段泥沙数值模型中.     

过网坝水流的流场及其内部结构

工程实践中越来越多地运用一种新型的透水整治建筑物—网坝.为了查明网坝后水流及其泥沙运动的基本规律,为将来定量计算网坝后淤积提供数学力学模型,本文应用流体力学自由紊流的研究成果,建立了网坝后流速场方程;利用紊流力学理论阐明网坝后水流内部结构,揭示了夹沙水流过网坝后泥沙淤积的机理;最后,著者在悬移质泥沙运动中引入"紊动衰减"和"悬移质运动所需能量取自紊动动能"这两个概念,导出网坝后水流夹沙能力的数学力学模型.     

竖井旋流式溢洪道消能及空化特性

为解决旋流式溢洪道壁面负压及其产生的空蚀问题,提出一种无通气孔的新型竖井旋流式溢洪道,并通过物理模型试验及数值模拟计算对其消能及空化特性进行研究。研究结果表明:无通气孔竖井旋流式溢洪道利用进水隧洞净空余幅作为掺气设施,使下泄水流卷携大量空气进入竖井内形成稳定掺混空腔,在竖井井壁摩擦剪切作用及旋转水流相互碰撞下,水流紊动加剧,显著提高掺气浓度及能量紊动耗散,有效解决旋流式溢洪道中易出现的空蚀破坏、消能不充分等问题。     

顺直微弯型分汊河道水流的紊动特性试验研究

对顺直微弯型分汊河道的水流紊动特性进行了试验研究,构建了分汊河道的物理模型试验系统,探究了在不同汊道宽度比和上游来流量条件下,水流在分汊河道沿程不同断面的紊动能分布特征.试验结果表明:在平面上,水流紊动最为剧烈的区域发生在支汊进口段凹岸的回流区与凸岸的高流速区之间的过渡地带,表、中、底3层的高紊动区的强度和范围以中层为...     

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。     

元胞自动机FI交通流模型的能耗研究

在周期边界条件下,通过引入确定(随机)减速过程中动能减少的车辆分布,研究单一交通流元胞自动机Fukui-Ishibashi模型(FI模型)的能耗问题.研究发现,FI交通流模型的能耗在最大流量处发生不连续的变化,急剧减少趋近零,其左右各存在交通能耗极大值.在最大流量处,确定(随机)减速过程中动能减少的车辆分布最小,交通能耗随着车辆最大速度的增大,车辆长度的增长和随机减速概率的增大而增加.     

Comparison of Energy Dissipation with and without Aerators

Aeratorshavebeenwidelyusedinengineeringtopreventthecavitationerosioncausedbyhigh-velocityflow.Theroleofaeratorsisnotonlytoreducethecavitationandsedimenterosiondamagebutalsotodissipatetheflowenergy.Theenergydissipationofmultipleaeratorsismoreeffectivethanasingleaerator.Experimentalresultsinafree-flowingmodeltunnelfortheXiaolangdiprojectwereusedtoanalysetheenergydissipationofmultipleaeratorsinthreetestcaseswithandwithoutaeratorsandwithandwithoutairentrainedinthewaterflow.Theexperimentswerecarri…     

掺气减蚀槽的消能效果

试验证明设掺气槽后消能作用增加主要表现在：增加泄流沿程消能效果，降低挑流出口流速系数 值，挑距缩短，增加空中扩散消能作用，挑流水舌入池尺度加大，入池水流的能量集度减小。并首次提出了设掺气槽后消能作用增强的计算公式。     

芙蓉江鱼塘水电站泄洪消能方案试验研究

根据芙蓉江鱼塘水电站的泄洪特点，通过水工整体模型试验研究，分析比较了两种泄流消能方案，最终推荐了一种比较符合该工程实际的泄洪消能系统方案．该泄洪消能系统大大减轻了下泄水流对河床基岩的冲刷作用，满足了该工程的泄洪消能任务．     

台阶式溢洪道的消能问题

阐述了台阶式溢洪道的水流流况分类，叙述了在一定斜坡角度情况下的试验研究结论，并分析了台阶段各流况的试验资料下及游消力池水跃消能的试验资料，结果表明，台阶式溢洪道的总消能率可达95％左右，其中中台阶段消能率占85％以上，下游水跃消能只占总能量的10％左右，说明台阶式溢洪道具有很好的消能效果。     

泄洪消能新技术在向家坝工程中的应用

向家坝水电站泄洪消能具有高水头、大单宽流量、多泥沙的特点,泄洪消能布置要考虑发电、通航、防洪和拦沙等因素的影响.多股多层水平淹没射流是一种新型消能型式,可降低消力池出池水流的波动、底板压强及临底流速,具有流态稳定、消能效率高、雾化低、适应性强等特点,较好地解决了向家坝水电站泄洪消能问题,为同类工程及环境影响要求较高的工程提供了重要参考,同时也丰富了泄洪消能工的型式.     

圆管内湍流流动能量耗散率近似算法的可靠性分析

为了检验能量耗散率近似算法的可靠性 ,将按近似算法计算得到的管内湍流体均能量耗散率与按热力学方法导出的解析式并采用公认的摩擦因子公式计算的体均能量耗散率进行了对比。结果表明 ,若选择适当的湍流时均速度梯度模型 ,用近似算法计算的体均能量耗散率与用解析式计算的值接近 ,说明该近似算法的准确性可以满足工程计算的需要。湍流剪切率的计算误差小于能量耗散率的计算误差。对于牛顿流体在圆管内的湍流流动 ,使用三段速度分布模型计算的体均能量耗散率比采用窦国仁式速度梯度分布模型计算的误差小。参照牛顿流体能量耗散率的计算方法 ,提出了幂律流体管内湍流能量耗散率的近似算法。对于幂律流体 ,以管壁处表观粘度代替牛顿流体粘度 ,并采用牛顿流体时均速度梯度模型 ,按近似方法计算得到的体均能量耗散率与按解析式计算的结果吻合     

有压管道孔口消能效率分析

在分析有压管道消能问题的基础上,提出了二种典型实用的孔口消能方式：末端式消能和在线式消能。在研究孔口基本水力特性基础上,结合山西省万家寨引黄工程流量调节阀工程实际,对孔口消能效率及其与孔口流量系数、孔口过流面积和输水管道出口水头的关系进行分析研究。研究结果为类似工程设计提供了技术参考。     

基于梯-潭消能系统的挡流式泥石流排导槽

中国是灾害多发的国家之一,泥石流是山区灾害的主要类型。对于特大泥石流,传统常规的治理办法难以起到很好的效果,于是王兆印等提出了梯-潭系统。但是,梯-潭系统并不完美,仍有许多值得改进的地方。以提高消能效率为出发点,提出一种能在短距离内达到消能、控速功能的挡流式泥石流排导槽。通过设计最佳横断面,使排导能力达到最佳;通过挡板与梯-潭系统达到快速消能的目的;然后通过推导分析,给出了挡流式排导槽的消能率计算公式;最后与传统梯-潭型排导槽消能率计算公式作对比分析,发现提出的排导槽具有高效消能的作用。     

Fluid flow field synergy principle and its application to drag reduction

The concept of field synergy for fluid flow is introduced, which refers to the synergy of the velocity field and the velocity gradient field in an entire flow domain. Analyses show that the flow drag depends not only on the velocity and the velocity gradient fields but also on their synergy. The principle of minimum dissipation of mechanical energy is developed, which may be stated as follows： the worse the synergy between the velocity and velocity gradient fields is, the smaller the resistance becomes. Furthermore, based on the principle of minimum dissipation of mechanical energy together with conservation equations, a field synergy equation with a set of specified constraints has been established for optimizing flow processes. The optimal flow field can be obtained by solving the field synergy equation, which leads to the minimum resistance to fluid flow in the fixed flow domain. Finally, as an example, the field synergy analysis for duct flow with two parallel branches is presented. The optimized velocity distributor nearby the fork, which was designed based on the principle of minimum dissipation of mechanical energy, may reduce the drag of duct flow with two parallel branches.