泥沙影响流速分布规律的试验研究

挟沙水流中泥沙颗粒的存在将影响水流的紊动结构,并进一步影响水流流速分布。采用超声流速仪MicroADV测量挟沙水流的时均流速沿垂线分布,分析了在不同水力条件、不同泥沙条件(包括泥沙浓度及颗粒粒径)下泥沙与水流相互作用对流速沿垂线分布的影响,在此基础上,考虑到现有流速分布公式在实际河道水流流速沿垂线分布中的应用,提出新的指数型流速分布公式形式;并根据实验资料,初步检验了该公式的精度,同时分析了指数型流速公式中系数k和指数m随泥沙浓度s、粒径d以及水力条件的变化规律。结果表明:系数k随泥沙浓度的增加而增大,同时水力条件以及泥沙颗粒粒径同样也影响着k的变化;而指数m随粒径d的增大而减小,随泥沙浓度s的增加而增大。     

声学多普勒流速剖面仪近底有效流速数据处理初步研究

通过分析声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profiler,ADCP)的声强垂向剖面分布特征,利用数学极值定理,确定床面边界位置,进而确定出ADCP记录的所有在水中的流速单元,将ADCP处理软件"丢弃"的部分近底流速数据或由于底跟踪丢失而损失的流速数据确定出来。利用"六点法"同时、同高度的电磁海流计流速数据对提取出来的ADCP近底流速数据进行验证。验证结果表明,提取出来的ADCP近底流速数据可信、可用。     

粗糙透水床面明渠水流的垂线流速分布

为了进一步揭示粗糙透水床面明渠水流运动特性,针对垂线流速分布研究存在的问题,根据边界层理论,推导了含有摩阻流速、理论床面流速和原点位移等3个参数的修正对数公式;通过水槽试验,运用激光多普勒测速仪,分别对用直径1 cm玻璃珠构成的粗糙不透水和透水床面明渠水流的垂线流速分布进行了测量。结果表明:推导的修正对数公式与实测符合很好;相同水流条件下,透水床面的摩阻流速要大于不透水床面,各自的阻力系数保持基本不变;理论床面流速是主流平均流速的0.35~0.45倍,且床面相对流速随着雷诺数的增大而略有减小。     

长江下游窝崩形成条件及防护措施初步研究

描述了长江下游典型窝崩情况,分析了窝崩形成的过程、特点及窝崩江岸段的地质条件、岸坡变化、水流泥沙运动规律.在此基础上研究了窝崩发生的原因,得到了形成窝崩临界条件的数学表达式.最后对窝崩的防护和预测提出了建议.     

入湖河道生态修复工程对水流流速的影响研究

在河流中开辟生化反应区、直接布设仿生填料净化河流微污染水体可以达到改善入湖水质、减少投资、降低能源消耗的目的。但在河道内直接布设填料势必会对河流的水动力条件及其河流原有的使用功能造成一定的影响。从填料给水流带来的阻力、流速及糙率变化等方面进行河道内直接布设生物填料对河流水动力条件的影响试验分析。结果表明,由于河道流速不大(属于缓流水体),9根/m2的填料布设密度对水流的扰动作用程度不高,填料段的糙率仅为无填料段糙率的1.08倍,不会对河道的泄水能力造成影响。     

水流紊动对泥沙絮凝的影响

主要研究水流紊动对泥沙絮凝的影响。认为水处理方面的絮凝动力学理论可用于研究泥沙絮凝问题。根据试验实测资料及国外有关试验结果研究表明,在紊动状态下,泥沙絮凝存在两个阶段,每个阶段中紊动对泥沙絮凝的影响也有所不同。     

封冻河道下流速分布和阻力问题探讨

封冻河道的水流阻力计算和水流速度重分布问题一直是河冰研究的重要问题之一,多年来,很多学者进行了相关研究,然而研究大多采用了冰盖区、河床区及过流断面水流平均速度相等的假定.依据Prandtal半经验紊流理论,采用目前普遍使用的对数流速分布公式,对上述假定进行了研究分析,由分析来看,这种假定的正确性需要探讨;分析也表明,阻力计算时若假定冰盖区和床面区的能坡相等,对宽浅式河道也将导出谬误.依据分析,就如何解决相应的问题提出了思路和建议.     

水生植物对水沙运动影响的三维湍流模型

水生植物的存在改变了明渠内水流的流动结构,也影响着泥沙的输运。建立三维湍流模型,在水流控制方程中加入植被阻力项和植被密度项来考虑刚性植物对水动力特性和泥沙输运特性的影响。应用该三维数值模型计算了矩形水槽内淹没植被对水流水平时均流速垂向分布的影响、复式明渠边滩栽种挺水植被对水流深度、平均流速分布以及植被岛周围泥沙床面的冲淤变形的影响。数值计算结果与实测结果吻合良好,表明本模型可以有效地描述刚性水生植物对水流泥沙运动的影响。     

流域产沙模型的研究

由坡面泥沙颗粒的动力平衡条件,推导出坡面上细颗粒泥沙的起动切应力,由坡面径流的剩余输沙能力,导得坡面径流的侵蚀量计算公式,与文献[4]的雨滴溅蚀量计算公式一起,构成了概念清楚、过程明确、结构完整的流域产沙模型。产沙量取决于水流挟沙能力与可供沙量的对比关系,若水流挟沙能力小于供沙量,则产沙量等于水流挟沙能力;反之,水流将进一步冲刷表土,形成径流侵蚀,产沙量就等于供沙量与径流侵蚀量之和。据此,可计算出坡面和流域产沙量。模型在岔巴沟流域上应用,结果令人满意。     

关于入管流速限值标准的探讨

本文以国内外有关入管流速限值标准的大量论述及室内实验与成井实例为依据,指出《农用机井技术规范(SDI88-86)》对 V_(e允)的限值规定尚不完善与合理,并建议以华尔顿推荐的标准作为确定 V_(e允)的选择标准。     

挟沙水流紊动特征的小波分析研究

采用三阶Db3小波函数对挟沙水流脉动流速进行消噪,小波分析较好的时频特性能有效地消除原始信号的高频噪声。将消噪后的脉动流速用不同尺度的小波进行分解,较大尺度下的小波分解刻划信号的总体趋势和形状,体现湍流的相干结构;而较小尺度下的分解则反映信号变化较快的高频部分,反映湍流的小尺度旋涡的各向同性的无序紊动特性。     

V型排导槽内泥石流流速横向分布探讨

V型排导槽内泥石流流速的横向分布是一个与设计密切相连的非线性分布,直接关系到排导槽横断面各位置泥石流冲击力、磨蚀力等特征参数的定量计算。但目前流速公式多针对矩形槽,规范中没有关于该流速横向分布相应条款,因而导致部分已建V型排导槽因磨蚀或淤积而防治失效。鉴于此,本文试图通过合理假设,推导出泥石流流速横向分布计算公式,并以在建雅(安)泸(沽)高速公路沿线的某沟泥石流防治为工程背景,验证其具有一定的适用性,可供相关研究与设计参考。     

基于弯道超高计算泥石流流速的探讨

泥石流流速是难以实测和准确推算的重要参数。在分析既有各类弯道超高计算公式的基础上,探讨适用于各类泥石流的弯道超高计算模式,进而改进基于弯道超高的粘性泥石流、稀性泥石流和泥流的流速计算公式,用实例加以验证。     

大直径反循环回转钻井底冲洗液流速的研究

对大直径反循环平底钻头回转钻进井底冲洗液流速进行了研究，得出在模拟实验条件下，井底各点切向速度，径向速度及合速度的大小及钻头转速，冲洗液流量对井底流速的影响规律。     

波流共同作用下流速垂线分布及其影响因素分析

大量波流相互作用的实验表明,当波浪顺流传播时,平均水面附近的流速减小,而当波浪逆流传播时,平均水面附近的流速增加.为了从理论上解释这种现象,从垂向二维Navier-Stokes方程出发,推导出波浪、潮流共同作用下的水流控制方程;采用微幅波理论简化控制方程,并引入Grant-Madsen波流边界层模型,得到波流共同作用下的紊动切应力及流速垂线分布表达式.通过和实验结果及数值结果的对比,结果预测值和实测值较为吻合,表明公式能反映波高变化及涡粘系数共同对流速垂线分布的影响,且简单实用.利用该公式分析了波浪顺流、逆流流速变化的原因.     

过渡区动床明渠流的流速分布

利用激光流速仪测量了随水流强度加大松散床面,从定床到具有一定输沙强度的动床流动,试验水流条件均处于过渡区。试验资料分析表明,动床过渡区明渠流的卡门常数小于通常所采用的0.4;水流强度逐渐增大,随着推移质运动量增加,阻力系数有减小再增大的趋势;雷诺应力分布和紊动强度分布规律同光滑明渠流类似。     

不同渗流强度对明渠水流结构影响的试验研究

关于明渠流引入渗流后的水流运动规律研究很多,但学者们的研究却存在着不同的结论。为探究不同渗流强度对明渠水流结构的影响,通过自行设计的明渠紊流水槽及渗透装置,利用PIV（Particle Image Velocity）图像采集系统及数据分析软件,测量了水流流速并分析了流速变化与相对渗流强度的关系。结果表明:水流流速并不是渗流强度的单值函数关系,随着入河渗流强度的增加,近底水流流速呈先减小后稍有增加,又继续减小的趋势;出河渗流时流速变化趋势与入河相反;出河及入河渗流都有着拐点的存在,且对应的相对渗流强度与雷诺数相关,雷诺数越大,拐点出现时对应的相对渗流强度越小。     

流速对胶体在植被过滤带中迁移的影响

为探讨流速导致的流态变化对胶体在植被过滤带中迁移产生的影响,结合地表水水槽室内试验和COMSOL数值模型,观测和模拟不同流速下胶体在植被过滤带中的迁移过程。实验发现胶体在流速0.017～0.029 m/s内,随着流速的增加,胶体的去除效率先增大,后减小。这与胶体过滤理论不一致。通过COMOSOL模拟胶体在稳态和瞬态的水流流态发现,卡门涡街的存在会增大胶体在植被过滤带中的去除效率,并且随着流速的增加,去除效率与实验结果一致,先增加后降低,说明流速的增加导致流态的变化,是影响胶体迁移的主导因素。研究还发现在2 m长的植被过滤带中,单位植被长度去除效率随迁移距离的增加而减小。研究结果可以为设计植被过滤带去除胶体的工程设计提供理论依据。