弯道局部非淹没刚性植被水流特性研究

摘要对180°弯道局部长有非淹没刚性植被的水流特性进行了研究．用钢筋来模拟天然河道的刚性植被,采用三维多普勒超声流速仪（ADV）分别对无植被和局部有非淹没刚性植被2种情况下的弯道水流流速场进行了测量,得到了水流沿程各断面的三维流速和紊动能分布,对2种情形的试验资料进行了比较．结果表明：植被的存在使得弯道流速重新分布,水流内部结构发生明显改变．基于等效阻力系数法,采用水深平均模型对局部非淹没刚性植被水流进行了二维数值模拟,计算结果与试验数据基本一致,表明该数值格式能预测弯道植被水流的特性．     

浸没及非浸没刚性短植被群对异重流运动特性的影响

利用一系列开闸式异重流水槽实验,研究不同刚性植被密度和高度的短植被群对异重流运动的影响.通过高速摄像机拍摄异重流的运动过程,利用粒子图像测速技术得到局部流场结构.结果表明:异重流在流经短植被群时,存在半椭圆形和三角形两类轮廓;运动过程分为坍塌阶段和自相似阶段,并且植被可以显著促进异重流从坍塌阶段向自相似阶段的转换,但对坍塌阶段的头部速度影响不显著.当无量纲植被高度(植被高度与水深比值)为0.21,植被密度为18.0%时,异重流会同时沿着植被上方及植被间运动,植被上方的异重流密度较植被内大,因此会产生瑞利-泰勒不稳定性.此外,异重流在植被区域流动的掺混系数随头部位置而递减,且较无植被情况小.在流入浸没式植被后,异重流会以植被顶部为新的"底部边界",形成负涡度带,但植被顶端的异重流仍与环境水体发生掺混形成正涡度带.植被会减缓异重流运动速度,进而降低正涡度带的强度,并且植被密度与正涡度的抑制程度成正相关.     

浸没式植被对异重流运动特性的影响

为研究异重流流经浸没式植被时的运动特性,以天然河道中的植被为原型,对植被环境中异重流的运动规律进行了试验研究,并采用异重流头部(最前缘)速度代表其运动速度.研究结果表明,异重流流经短植被群(长度30 cm、高度3 cm)时大部分异重流在植被顶部向前运动,流过植被后依然保持典型轮廓,呈现一个先加速、后匀速、然后迅速减速、最后缓慢线性减速的运动过程;流经长植被群(长度80 cm、高度6 cm)时大部分异重流被阻挡于植被后方,仅有少部分异重流流出植被后缓慢向前运动,呈现先加速、后匀速、然后迅速减速、最后缓慢运动的过程.异重流运动过程分为坍塌阶段和自相似阶段,植被的阻挡效应可以减小坍塌阶段向自相似阶段的转化点,并且转化点与植被阻挡效应呈负相关,但与异重流浓度关系不显著.异重流与环境水体掺混界面涡度值为正,与水平底床界面涡度值为负;当植被的阻挡效应较强时,异重流流出植被后掺混和卷吸作用较弱,且出流量与异重流浓度呈正相关.     

线性层结环境和浸没式植被对斜坡异重流运动的影响

开展一系列开闸式斜坡异重流水槽实验,分析线性层结和均匀水体中斜坡异重流遭遇刚性植被群的发展和演变特性.采用彩色数码相机记录异重流发展过程,并利用粒子图像测速技术(PIV)获取局部流场结构.结果表明:对于有植被工况,异重流的头部速度可分为加速、减速、二次加速及二次减速4个阶段.各阶段之间的转变位置随层结度增大而前移,但受...     

柔性淹没植被的排列方式对水流特性的影响

采用塑料草模拟河道中的柔性淹没植被,通过室内高精度水槽试验,用三维声学多普勒流速仪对同种淹没度、不同排列方式下柔性淹没植被的水流特性进行测量研究,得到柔性淹没植被时均纵向流速、垂向紊动强度、雷诺应力沿相对水深的分布特征.结果表明:在植被层外部,两种排列方式下时均纵向流速符合"J"形分布,垂向紊动强度、雷诺应力呈递增趋势,近似线性分布;在植被层内部,梅花形排列方式下阻水效应及雷诺应力较之矩形排列明显,矩形排列方式下垂向紊动强度较之梅花形排列剧烈.     

地形和湍流交换非均匀对边界层Ekman抽吸的影响

利用地转动量近似理论,讨论地形和湍流交换系数K存在水平不均匀的条件下,获得了边界 层顶Ekman抽吸的解析结果和动力特征.研究表明:在不考虑地形强迫情况下,湍流交换系数的水平变化对Ekman抽吸有明显的影响,而且这种影响的强弱与Rossby数大小有关.而在地形与湍流交换系数的共同作用下,地形的影响是边界层顶的垂直速度分布的主导性因素.     

浅水方程模型模拟刚性非淹没植物阻流特性

将植物假设为刚性非淹没圆柱体, 考虑植物在水流中占据的体积, 采用时间空间双平均方法, 将植物作用力作为阻力项引入浅水方程. 用有限差分方法将改进的浅水方程进行离散, 建立植物区浅水方程数学模型. 模型计算结果与试验测量、经验公式符合较好.     

非淹没刚性植物对孤立波传播变形影响实验

通过波浪水槽物理模型实验,研究了孤立波在植物模型前后波高、波形的变化、入射波波高、植物分布密度以及分布方式对孤立波反射、透射系数和波能衰减系数的影响.实验结果表明,孤立波波高在植物模型中急剧减小;孤立波经过植物模型后,其透射波仍以孤立波的形式继续传播,波形由尖陡变为平缓;随着水深的增加,孤立波反射系数和波能衰减系数减小,透射系数增大;随着入射波高的增高,孤立波反射系数和波能衰减系数增大,透射系数减小;在植物分布形式相同的情况下,随着植物分布密度的增加,孤立波反射系数和波能衰减系数增大、透射系数减小;在植物分布密度相同的情况下,植物在垂直于孤立波传播方向上分布地越紧密,孤立波反射系数和波能衰减系数越大、透射系数越小.     

不同攻角下叶片弯曲对涡轮静叶流场的影响

计算并分析了高马赫数情况下,直叶片及正弯20°叶片在攻角分别为0°、±10°、±20°及±30°的情况下的流场结构. 采用的数值方法为具有TVD性质的三阶精度GODUNOV格式,湍流模型为B-L代数模型. 计算结果表明,在较大的攻角范围内,正弯叶片可以减小叶栅流道内通道涡的强度,并且由于两端壁的附面层被吸入主流,使得正弯叶片中的能量损失减小. 攻角越大,正弯叶片的作用越明显.     

双层刚性植被明渠水流特性实验研究

基于粒子图像测速(PIV)技术对双层刚性植被水流进行了水槽实验,分析了植被在不同流量、水深以及不同植被排布方式下对水流的影响,研究了双层刚性植被水流的纵向流速、垂向流速和紊动强度等水力特性.实验结果表明:当水深和流量相同时,线性排列的植被对水流的抑制效应强于交错排列的植被;当植被排布方式相同,流量和水深在一定范围内增大时,植被对水流的抑制效应也随之增大;双层植被的存在,使水流的流动结构及紊动特性变得更为复杂,在植被层顶部附近物理量变化最为显著.     

8种挺水植物对污染水体的净化效果比较

通过室外盆栽实验,研究了8种挺水植物在不同水力停留时间对污染水体的净化效果。结果表明各实验植物对COD、NH+4 N、TN和TP的去除率随水力停留时间的延长而增加。水力停留时间为5?d时,除三棱草（Sparganium stenophyllum Maxim.）外,其它植物对COD均有明显的去除效果,其中,菖蒲（Acorus calamus L.）、水葱（Scirpus validus Vahl.）、宽叶香蒲（Typha latifolia L.）及黄花鸢尾（Iris wilsonii C. H. Wright）去除COD的效果较好,去除率达到90%左右。水力停留时间为7?d时,与无植物空白相比,各植物其NH+4 N和TN去除率分别提高15.0%～41.8%和6.7%～25.1%,其中宽叶香蒲、茭白和黄花鸢尾对NH+4 N和TN的去除性能尤为突出。8种植物中,茭白（Zizania latifolia Turcz.）和宽叶香蒲TP去除性能较好,其TP去除率分别提高10.8%和11.2%,其余6种植物的TP去除率与对照之间均无显著差异。综合分析,宽叶香蒲、茭白和黄花鸢尾可作为南四湖人工湿地备选植物。     

泥沙流循环水槽的水动力性能

泥沙流循环水槽为总装备部中国白城兵器试验中心研制，用于轻武器环境模拟试验，作战时战士携带轻武器(指手枪、步枪、冲锋枪等)泅渡泥沙河流、淤泥沼泽地、浑浊湖泊时，考验枪膛进入泥沙后，是否会发生故障、介绍了该水槽设计中的水动力性能计算。     

矩形采砂坑形态对明渠水位降低的影响

利用计算流体力学商业软件FLUENT,建立了含采砂坑明渠立面的二维数学模型,其中,封闭方程采用标准k～ε模型的紊流方程,自由表面采用Volume of Fluid (VOF)方法模拟.在与明渠水流实验数据对比的基础上,研究了不同矩形采砂坑长度、深度和面积对明渠水位降低的影响.结果表明:当采砂坑面积相同时,长深比越大,水...     

KH-550对硬质聚氨酯发泡材料耐水性能的影响

为提高聚氨酯发泡材料的耐水性能,在原料中添加γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)。采用TG、SEM、FTIR分析等研究KH-550添加量对聚氨酯发泡材料耐水性能的影响。结果表明,加入KH-550的硬质聚氨酯泡沫的吸水率明显降低;KH-550可降低聚氨酯发泡材料泡核成形时的表面张力并促进发泡,当其添加量为5%时,泡孔形貌较好,材料表面疏水能力强;KH-550在泡沫内部参与化学反应,从键合角度提高了基体的抗水能力。     

不同混沌调制方式在基于超宽带系统的体内信道下的性能表现

混沌调制（differential chaos shift keying,DCSK）技术应用于超宽带（ultra wideband,UWB）短距离传输系统具有潜在的优势。提出了分别基于多元 DCSK（M-ary DCSK,M-DCSK）、调频 DCSK（frequency modulation-DCSK, FM-DCSK）和 QCS-DCSK（quadrature code shifted-DCSK）的超宽带无线体内传输系统,分析了提出的基于最新几种混沌调制的超宽带体内传输系统的 BER（bit error ratio）性能,对影响基于混沌调制的超宽带体内传输系统性能的参数积分时间和保护间隔做了理论研究和仿真分析。通过设置不同的扩频因子,在体内信道下 QCS-DCSK 相比 M-DCSK 及 FM-DCSK 能够确保更好的传输质量,且功率损耗更低。在给定扩频因子β和信号持续时间 Tc 时,存在能使 QCS-DCSK 系统性能达到最优的保护间隔。在设定扩频因子β、信号持续时间 Tc 和保护间隔 Tg 时,存在能够使FM-DCSK 系统性能达到最优的积分间隔。