有限空间中三维壁面紊动射流流动特性试验研究

为了研究三维壁面紊动射流前方布置的垂直挡板对时均流动特性的影响,采用粒子图像测速技术对不同雷诺数和淹没水深条件下的流速场进行了测量,统计分析了U速度剖面分布、速度半宽值变化和最大速度衰减规律。结果表明:沿射流方向具有3个明显不同的衰减区,依次划分为自由边界下的三维壁面射流区（Ⅰ区）、垂直挡板影响区（Ⅱ区）和近壁区（Ⅲ区）。在重点分析的Ⅱ区内,3个特征物理量的分布规律均与雷诺数无关;在垂直挡板影响下,速度半宽值扩展率明显加快,发展更为充分;在水深H~1.75H范围内,射孔中垂面内速度半宽值扩展率为0.043,同时0.5H的递增对射孔中心水平面内速度半宽值的分布较为敏感,其扩展率由0.205增至0.270;最大速度衰减对水深的改变并不敏感,且在Ⅱ区加速衰减,衰减指数为1.095。通过与半无限空间中三维壁面射流径向型衰减区的流动特征比较,Ⅱ区与之相似,将Ⅱ区视为提前进入径向型衰减区。     

洪水致弯曲河道挡墙稳定性衰变

天然河道蜿蜒曲折,河湾处环流助长紊动、引发凹岸淘蚀冲刷,导致沿河公路挡墙水毁频发。针对弯道水流运动规律,对洪水条件下弯道挡墙进行受力分析;基于挡墙稳定性分析力学模型,推导了弯曲河道挡墙稳定系数计算公式,给出挡墙基底极限冲深计算方程。通过算例验证了在河湾平缓条件下弯道洪水冲击计算的合理性,并对挡墙稳定性衰减影响因素进行分析。结果表明：洪水上涨时,在墙底未发生冲刷条件下,随着弯道处洪水对挡墙的冲击荷载增大,挡墙稳定性提高;在墙底发生冲刷条件下,挡墙稳定性降低,墙底淘蚀可能导致挡墙倾覆失稳。洪水陡落时,挡墙稳定性随挡墙前后水位差增大而降低,挡墙的抗滑稳定系数衰减速度比抗倾覆稳定系数衰减速度更快,挡墙滑移失稳可能性较大。得出的挡墙稳定系数计算方法的结果与现场情况基本吻合,可为类似沿河挡墙的设计与研究提供理论参考。     

三峡水库汛期泥沙淤积对坝前水位的滞后响应

河床演变中普遍存在着滞后现象,而以往的三峡水库泥沙研究对滞后现象鲜有考虑。为深入认识三峡水库运行带来的泥沙淤积特征,建立了考虑上游来沙和坝前水位双重影响的泥沙淤积滞后响应模型。基于2003—2017年实测水沙资料,分析了三峡入库水沙特性及汛期泥沙淤积特点,利用滞后响应模型探究了汛期泥沙淤积的滞后规律。结果表明:2003—2012年入库水沙呈现“大水带大沙,少水带少沙”的特点,汛期淤积随坝前水位抬升而增加;2013—2017年入库水沙关系的一致性发生变化,受上游梯级库群拦沙影响,汛期淤积减缓。三峡水库汛期累计淤积与5年线性叠加坝前水位之间有较好的相关关系,汛期淤积不仅与当年来沙和坝前水位运行有关,也与前4年的来沙和坝前水位调度有关。     

沙粒当量粗糙度的分形表达

沙粒当量粗糙度k_s的准确确定是计算沙粒阻力的关键。针对沙粒轮廓剖面具有自相似精细结构的特点,提出采用分形维数对其复杂性及不规则性进行定量描述;通过粘沙平整床面、初始静平整床面和清水冲刷粗化床面的沙粒阻力试验研究k_s的分形表达方法,建立了静平整床面时k_s的分形表达式,并对公式进行了验证、比较和讨论;结果表明,公式引入的中值粒径d₅₀、分形维数D和弗劳德数Fr 3个参数,可定量地综合反映床沙颗粒大小、级配组成、随机排列以及水流条件对k_s的影响。     

床面粗糙形态的二元分形插值模拟

针对床面粗糙形态具有自相似性的特点,应用二元分形插值迭代函数系统,对床面粗糙形态进行了分形插值模拟,模拟中分形插值邻域Ak根据Kriging空间插值方法的变异函数球状模型确定,垂直比例因子sm,n通过基于插值点数据的多元统计分析确定.结果表明:分形插值重构的床面粗糙形态与原床面形态的相似程度将随着插值点信息量ic的增加...