低浓度固液两相流中的粗颗粒浓度分布

基于低浓度固液两相流的动理学分析所导出的颗粒相基本方程 ,在二维恒定均匀流的条件下 ,探讨了颗粒相浓度的垂向分布规律。通过模化粗颗粒垂向所受外力 ,得到了颗粒脉动能在均匀、线性和指数分布假设下的粗颗粒浓度公式。这些粗颗粒公式可以在一定条件下转化为基于扩散理论的传统公式 ,并与粗颗粒实验资料符合很好。传统公式在描述粗颗粒浓度分布上存在不足 ,并从动理学角度分析了其原因     

散状变形颗粒层的流动阻力及泥沙群体沉降规律

本文在试验的基础上,分析了散状变形颗粒层内的流动阻力,得到了包含颗粒间相互碰撞及干涉水流结构而产生附加阻力的颗粒层流动阻力与单颗粒绕流阻力的关系式.在此基础上,进一步讨论了泥沙群体的沉降规律.     

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.     

钢包底喷粉元件狭缝粗糙壁面对粉气流输送行为影响

针对钢包底喷粉精炼新工艺,研究了底喷粉元件狭缝粗糙壁面对粉气流输送行为影响规律.通过分析颗粒-粗糙壁面的碰撞过程,提出了壁面粗糙角概率分布函数,建立了颗粒历史影响模型,基于欧拉-拉格朗日法,模拟研究了钢包底喷粉元件缝隙内粉气流输送行为,考察了壁面粗糙度对颗粒运动轨迹、颗粒速度分布及颗粒质量浓度分布的影响,预测了近壁面附近颗粒的运动轨迹.结果表明:粗糙壁面增加了颗粒壁面碰撞的频率,导致颗粒输送动能降低,脉动速度增加,并促使粉剂颗粒在底喷粉元件缝隙内均匀分布.     

卵砾石河流推移质输沙率的模拟计算方法

根据山区和丘陵地区卵砾石河流的情况,提出对梅叶－彼得推移质输沙公式进行修正,使用式（８）的泥沙起动切应力公式,在分析的基础上提出粗细泥沙颗粒的隐曝系数公式和考虑水流床面切应力随机分布的计算方法,用以估计这类河流的推移质输沙率．经长江上水文站的实测资料检验与河道泥沙数模的应用,能满足工程计算的需要,取得较好效果,可作为这类河流中计算推移质输沙率的参考．     

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。     

非均匀沙分组起动流速

从近底水流结构和泥沙颗粒位置的随机性两方面研究非均匀沙起动的2个关键问题,提出遮掩度的概念细化了颗粒受力.运用概率论与力学相结合的方法,采用滚动模式建立了非均匀泥沙的起动公式.通过试验资料验证的结果表明,计算值与实验资料符合较好.     

泥沙颗粒团沉速

针对现有的泥沙沉速公式大多适用于单颗粒泥沙沉降的情形,基于前人对单颗粒泥沙沉速规律的研究成果,利用试验测得不同泥沙颗粒团在水中沉降时的沉速数据,引入泥沙颗粒团特征粒径及附加粒径2个因子,对多个广泛运用的单颗粒泥沙沉速公式进行了修正.用修正后的公式计算得到的泥沙颗粒团沉速与用试验测得的泥沙颗粒团沉速较接近,可推广运用到计算泥沙颗粒团在水中的沉降速率.     

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.     

二维均匀流悬沙垂向扩散系数的实验研究

利用波-流-泥沙实验水槽,进行二维均匀流输沙实验,研究悬沙浓度垂向分布、悬沙扩散系数及其垂向分布.结果表明,悬沙浓度沿垂线分布与Rouse公式吻合良好;悬沙垂向扩散系数与水流紊动垂向扩散系数成正比;悬沙垂向扩散系数的垂向分布可用抛物线描述,其最大值与水动力和泥沙条件紧密相关.     

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。     

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。     

近底泥沙通量的处理方法及适用性

为了正确理解悬沙运动方程底边界条件即近底泥沙通量的诸多处理方法的物理意义和适用性,避免泥沙理论分析和数值计算带来的偏差,归纳总结了近底泥沙通量的各种表达式,对它们的适用性和合理性进行分析.结果表明:以挟沙力、切应力、参考浓度或临界速度等方法处理近底泥沙通量,表达形式虽然多样,或将临界切应力换成对应的临界速度表示,或加入一些修正系数,但其物理本质不变,只是为了处理一些具体问题而做的简化或修正;挟沙力方法和切应力方法的经典形式用于描述近底泥沙通量更具一般性,这2种方法描述的物理过程有差别.     

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。     

三峡库区泥沙对磷吸附热力学实验及模型研究

利用三峡库区原状水沙开展泥沙吸附磷的热力学实验,以获得泥沙吸附磷的热力学方程和临界平衡磷浓度(EPC0)。结果表明,吸附平衡时磷在水沙之间的分配关系符合Langmuir吸附等温式,并且不同泥沙含量对应于不同的等温式。基于实验数据,对传统的Langmuir吸附等温式进行了改进,建立了反映泥沙含量影响的吸附等温式,并且得到了河流原型观测数据的验证。基于实验数据得到不同泥沙含量相应的临界平衡磷浓度,结果显示相同泥沙背景吸附条件下的EPC0同样与泥沙含量相关。     

飞机碰撞混凝土靶冲击载荷的解析研究

为完善飞机碰撞混凝土靶的冲击载荷方程,提出在碰撞中飞机前端存在一个破碎区域,并应用应力波原理分析其形成机理、计算该区间长度;应用动量守恒原理推导含有破碎区域的飞机的冲击载荷方程. 计算和推导结果表明,由于破碎区域的存在,该区域的长度以及内部的速度分布共同决定了冲击载荷方程质量系数的大小. 计算不同的速度分布形式下系数的不同取值范围,并且分析不同系数取值范围的合理性.     

整治工程影响下大清河航道水流泥沙冲淤分析

基于实测资料对大清河航道的水动力及泥沙特征进行了分析,从水流连续性方程,泥沙运动方程出发,建立了水动力泥沙二维数学模型,在此基础上对典型水沙条件下河道内水流、泥沙运动、航道选线及淤积预测进行了模拟研究。重点分析了工程整治后河道内流态、地形变化对航道冲淤的影响,对航道整治工程进行了评价。研究表明,大清河泥沙运动主要受径流携带的泥沙,河道地形影响,航道工程整治后仍保持上冲下淤的态势,水流归槽效应是航道主槽淤积的主要因素。     

淮河干流污染物分布及变化规律

为了研究淮河干流水体和沉积物中总磷(TP)、沉积物中重金属的沿程分布规律和时空变化特征,于2014—2017年采集淮河干流(正阳关—洪泽湖)19个断面的水样和沉积物样品,分析各采样时段干流各断面水样和沉积物中TP、沉积物中重金属砷(As)、铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)等污染物的浓度和分布,探讨河道流量、温度等因素对水体及沉积物中TP、重金属时空分布的影响。结果表明:水体、沉积物中TP和沉积物中重金属浓度汛前大于汛后;水体中各形态磷浓度汛中沿程分布较汛前、汛后更均匀;流量、温度是影响TP和重金属分布的主要原因。     

螺旋流冲沙与输沙

水土流失与泥沙淤积是一个普通性的问题,水库泥沙严重淤积的原因是上游无永久有效的水保措施而自身又无完善的冲沙与输沙的设施,压力缝隙螺旋流具有流速高,水层薄,切力大,流程长,以及有利的压力分面等特点,可被应用于中冲刷淤积泥沙,在２ｍ水头下,其浓度可达４００～９００ｋｇ／ｍ＾３水平管螺流可应用“抬托”泥沙,使推移质容易地转变悬移质,从而可大幅度低流速,减小能被;为高浓度,低能耗,远距离输送泥沙提供一种新