挟沙水流幂律湍流模式研究

围绕如何描述挟沙水流湍流特性和确定湍流模式这一工程设计所关心的问题,建立了一种合理实用的挟沙水流湍流特性表达式。通过湍流理论分析和挟沙水流湍流特性试验,构建了与浑水含沙浓度相关的一种非牛顿切应力型湍流模式——幂律湍流模式,进而求解雷诺方程得到挟沙水流的流速分布,回归分析挟沙水流湍流特性试验数据,率定流速分布表达式参数,从而确定挟沙水流幂律湍流模式参数。     

高低含沙水流流速分布的统一规律

作为自然界中普遍存在的一种典型的固液两相流，挟沙水流流速分布具有与清水不同的变化规律。本文明确挟沙紊流(无流核)为研究对象，通过天然沙挟沙水流流速试验，首先分析紊动状态下高、低含沙水流流速分布特点；在此基础上，通过引入同时反映含沙量和颗粒级配影响的相对黏度指标，分析高、低含沙紊流的卡门常数κ统一规律及其表达式，由此将高、低含沙水流流速分布统一于卡尔曼-勃兰德尔对数流速分布公式上，并应用室内粉煤灰等试验资料分别验证了卡门常数κ及卡尔曼-勃兰德尔对数流速分布公式的合理性和可靠性；本项研究成果对进一步揭示高、低含沙水流的水流结构与输沙机理以及对河道整治规划设计具有重要的现实意义。     

挟沙水流流速的垂线分布公式

流速分布规律的研究是揭示一般水流和高含沙水流动性的关键。本文在回顾以往研究成就的基础上，开展了理论及实验研究。以提出的紊流涡团模式为基础，得出了挟沙紊流速分布的公，大量实测资料的检验结果表明，该公式能较真空地描述出一般挟沙水流及高含沙紊流的流速分布变化规律，具有较大的使用价值。     

浑水脉动流速量测系统的原理及应用

根据水流中滞点压力与流速平方成正比的关系,本文介绍用硅压阻压力传感器检测滞点流速水头,由计算机进行实时数据采集的浑水脉动流速量测系统的原理及量测成果。通过对清水及推移质换沙水流、悬移质挟沙水流的量测证明,所测清水紊动强度的分布与激光流速仪量测结果一致。并能成功地用于挟沙水流流速的测量。     

挟沙水流卡门常数的理论研究

挟沙水流的流速分布,特别是其中的卡门常数,一直是冲积河流水力学研究的热点问题之一.实测资料表明挟沙水流流速分布仍遵循对数流速分布规律,但在主流区的卡门常数要小于清水时的卡门常数,而在近底区的卡门常数与清水基本一致.在引入颗粒切应力的基础上,从理论上推导了同时适用于主流区和近底区的统一流速分布模型.利用该流速分布模型,得到挟沙水流的卡门常数沿垂线是变化的结论,即从近底区的约0.4渐变到主流区的小于0.4.并给出了主流区卡门常数的理论表达式,认为主流区卡门常数与近底区的泥沙浓度和泥沙粒径有关.该卡门常数的理论公式与实测资料较为吻合.     

弯曲型河道挟沙水流运动规律研究进展

弯道水流 (包括挟沙水流 )运动规律的研究 ,在水利工程学的许多领域中 ,占有重要的位置。本文着重对弯道水流水面横比降、横向环流、纵向垂线平均流速分布规律及弯道输沙特性研究进展进行了阐述分析 ,以便为生产科研方面服务。     

论河流紊动与流速分布

文内研究了河流紊动结构,论述了确定脉动流速的基本因素,得到了表示纵竖向脉动流速沿竖直线分布的公式,并进而确定了紊流虚黏性系数的结构式。在这一基础上对无沙水流与挟沙水流的流速分布以及光滑管道中的流速分布,分别作了阐述,并给出了与实测数据符合的计算公式。     

沉沙渠及排沙廊道的泥沙计算方法

在多沙河流中,修建低坝或无坝取水枢纽时,防止泥沙进入渠道是十分重要的.通常在进水闸前设置冲沙闸、冲沙廊道等建筑物,主要防止底沙进入进水闸,悬沙则随着水流进入进水闸.由于渠道流速低于河道流速,渠道挟沙能力就小于河道的挟沙能力,泥沙将在渠道中发生淤积,影响渠道的过流能力,粗颗粒泥沙还会磨损水轮机,危害农作物等.     

低含沙水流运动特性综述

本文着重综述了清水水流、挟沙水流的流速分布动特性、能量间分配关系等流动现象的内部规律，并系统分析比较了它们的异同，文中还兼论了卡门常数。     

明渠高含沙水流含沙量沿垂线分布的试验研究＊

本文通过室内水槽试验对含有一定细颗粒(d<0.01mm)的高含沙水流的流速分布进行了试验研究.并由理论分析、求解剪切力方程及扩散方程,得到了高含沙水流的流速及含沙量分布公式.它们既适用于描述有流核的高含沙水流,也适用于描述无流核的高含沙水流及一般挟沙水流.与实测资料对照发现,公式能较好地反映水流挟沙的实际情况,另外,通过对实测资料的分析,得到了含沙量由低向高变化时其分布形态的变化规律.     

长江口近口段水流挟沙力与径潮动力关系

该文在充分考虑径流和潮流水动力因素的基础上,建立了更适合于河口区域的水流挟沙力公式,并以长江口近口段为例,讨论了径流和潮流水动力差异对水流挟沙能的影响.结果表明:长江口近口段涨潮和落潮相同流速时洪季的悬沙浓度大与枯季;建立的考虑径流和潮流因素的水流挟沙力公式与传统公式相比,精度上有较大提高,该公式将不同季节和潮型下的水流挟沙力统一起来,有效反应了年内潮汐河口近口段的水流挟沙能力.对于水流挟沙能力的研究则表明:径流不变时,潮流增加,近口段涨潮和落潮水流挟沙能力增强;径流增加时,徐六泾以上河段潮差减小,涨潮水流挟沙能力减弱,而徐六泾及以下河段潮差表现为增加,这表明涨潮和落潮水流挟沙能力取决于径流和潮流的对比过程.     

黄河尊村灌区泥沙问题研究

针对尊村灌区存在的问题,进行原型观察和计算,对灌区水流泥沙运动规律及泥沙利用模式进行研究,在天然资料缺乏的情况下,提出以渠道泥沙冲淤量为零(△qs=0)时水流条件所对应的相对平衡含沙量定义为渠道的水流挟沙能力;采用模型相似类比法,由已建渠道实测资料推求新建渠道的挟沙能力;总结提水灌区通过调控运行解决渠道特别是渠道首段泥沙淤积的经验.     

黄河浮桥对河道水流影响的试验研究

通过实体模型试验,研究了浮桥在不同水流条件下对壅水高度、壅水范围、局部流速及水流挟沙力的影响,结果表明:①当浮桥与水流呈一定角度时,桥上游的水位在桥前相同距离断面上沿着桥轴方向从上游端向下游端逐渐提高;②浮桥处于工作状态时,浮舟与水流方向的夹角不宜大于10°;③运用能量型桥渡壅水公式计算的浮桥壅水高度较实际情况偏小,结果偏于不安全;④当浮桥转角开始增大时,桥前流速逐渐减小,并且单宽流量越小、天然流速越小,由浮桥转角造成的桥前流速衰减率越大;⑤水流挟沙力的减小规律与流速衰减规律类似,较小单宽流量下的水流挟沙能力减幅较大。     

关于挟沙水流流速分布问题

挟沙水流的流速分布是泥沙动力学中一个尚有争议 的问题,为了深入研究这一问题,对爱因斯坦和钱宁等的变k模式和Coleman模式进 行了进一步分析。发现变k模式的k值与Coleman尾流强度系数Π之间存在一一 对应的关系,并推导了这一数学关系。最后利用多组实测挟沙水流流速分布资料对这一关系 进行了验证。     

黄河浪店水源工程灌区泥沙问题研究

针对浪店水源工程灌区存在的泥沙问题，进行了原型观测和计算，对灌区水流泥沙运动规律及泥沙利用模式进行了研究，在天然资料缺乏的情况下，提出了以渠道泥沙冲淤量为零（Δｑｓ＝０）时水流条件所对应的相对平衡含沙量定义为渠道的水流挟沙能力；采用模型相似类比法，由已建渠道实测资料推求新建渠道的挟沙能力；总结了提水灌区通过调控运行解决渠道特别是渠首段泥沙淤积的经验。     

泥沙粒径与水流紊动关系试验研究

挟沙水流中的泥沙颗粒因水流紊动而悬浮，同时受重力作用而下沉。由于水流中的泥沙颗粒会对水流紊动产生影响，反之，水流紊动也对泥沙颗粒分布产生影响，它们之间作用是相辅相成的。本文采用超声流速仪（MicroADV）量测挟沙水流的时均流速沿垂向分布，同时对泥沙颗粒粒径的分布进行了试验，研究了泥沙颗粒粒径d50和水流紊动强度在沿垂向分布之间的内在联系，结果表明：泥沙颗粒粒径和紊动强度沿垂线的分布一致性较好，并用实测资料对他们进行了拟合，建立了它们之间的关系式，有一定的实用价值。     

远距离输沙干渠的临界纵坡研究

挟沙水流一般要求比同等条件清水水流更大的能坡．才能保持泥抄不淤。本文在非均质输抄水流不淤流速研究基础上，提出输沙平衡条件下渠道临界最小纵坡的确定方法，论证了输沙渠道能坡的两部分组成，可澄清对挟沙水流阻力的分歧认识。经实际资料验证．文中提出的临界纵坡及输-抄渠道断面的确定方法可用于引黄远距离输沙干渠的设计．也为黄河中下游节水减淤的高含抄放淤渠道提供计算依据。文中对影响干渠纵坡的有关因素进行了分析，并附有计算例子。     

再悬浮底泥污染物在水体中的分层释放特征

通过环形水槽实验,该文研究了水流条件和含沙量对悬浮泥沙污染物在水体中动态释放的影响。结果表明,悬浮泥沙污染物的分布和流速及泥沙浓度有着"亦步亦趋"的紧密关系,流速变化和泥沙浓度变化能明显地改变水体中污染物的释放特征。水流流速是改变水体污染物浓度分布的主要动力因素,水槽中清水和挟沙水流在流速的垂向分布上有着显著的不同,挟沙水流靠近水表面的流速比平均流速更大,近底流速更接近于平均流速。在一定的水力条件和含沙量条件下,悬浮黏性泥沙在水体中存在明显的分层结构,浓度突变点在水深的三分之一处,并随深度向水面及水底变小。污染物的垂向分布形成略滞后于泥沙浓度分层和水流流速分层,且污染物的垂向浓度分布更加均匀。水流的流速越大,泥沙污染物的分布随着深度的变化差异也越大;水体的含沙量越大,泥沙污染物的垂向分布越趋向于均匀。     

近岸海域泥沙侵蚀率与水流挟沙力

根据河流和近岸海域泥沙运动过程的差异,通过比较水沙界面泥沙通量、近岸海域泥沙侵蚀率和挟沙水流挟沙力,导出了适合于近岸海域泥沙的挟沙力公式,并且引入了挟沙水流有效流速的定义,得到挟沙力是有效流速的函数,其系数是泥沙粒径、阻力系数及底部泥沙体密度的函数.论证了波浪、潮流的有效流速为最大流速的l/√2以及河道水流的有效流速即为河流流速,从理论上证明了刘家驹公式的适用性,同时用现场实测资料验证了给出的挟沙力公式的合理性.     

方管内固液两相流时均运动特性的数值研究

应用三维κ-ε-Ap两相湍流模型对垂直和水平方管内挟沙水流的固液两相时均运动特性和颗粒浓度分布规律进行数值研究，讨论了颗粒平均粒径和水流流速对固液两相流时均运动特性和颗粒浓度分布规律的影响。数值计算结果和试验实测结果吻合良好，准确得到了方管内固液两相流的时均运动特性。