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。     

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。     

挟沙水流中含沙量沿垂线的分布规律

本文在前人已有成就的基础上，采用笔者的挟水流流速公式求解扩散方程，得出了适用性强且与大量实例测资料符合的含沙量沿垂线分布公式。     

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。     

漫滩挟沙水流流速横向分布研究

在建立漫滩挟沙水流掺混区横向涡粘性系数表达式的基础上，根据水深平均的水流运动方程，得到掺混区流速横向分布公式，经验证，该公式与实测资料基本上吻合。     

明渠含沙水流的垂线流速分布特性研究

 为了进一步研究明渠中含沙水流的垂线流速分布规律,在水槽系统中对明渠恒定均匀含沙水流进行了系列试验,利用实测流速资料,计算分析了时均流速的垂线分布。结果表明：在宽深比比较小的明渠中对最大流速点修正的对数公式可以很好地符合实测数据;水槽中心位置的卡门常数要比其边壁附近的小;卡门常数随着含沙量的增加而减小。通过对明渠含沙水流垂线流速分布特性的研究,增强了对明渠含沙水流垂线流速分布规律的认识。     

冲积河流的水流挟沙能力

在前人研究成果的基础上分析了水流挟沙的物理模式,以挟沙水流紊动能量方程为理论基础,得出了紊动能产生项和粘性耗散项的表达式,由此推导出适用于水流的紊流三区(光滑区、过渡区和粗糙区)的挟沙能力计算式,依据天然河流实测资料和室内水槽试验资料,验证了该水流挟沙能力计算式．针对该计算式分析了影响水流挟沙能力的因素．     

挟沙水流近底流速试验研究及随机相位分析

在动床挟沙水流条件下,测量了不同流量及不同弯道情况下近底流速瞬时分布的情况,将时域信号通过傅里叶变换转化为频域信号,并运用数理统计的方法对近底流速频域内随机相位的分布进行了研究。结果表明:随机相位服从正态分布。     

挟沙水流卡门常数的影响因素

挟沙水流卡门常数是反映泥沙运动对水流结构影响的重要参数之一,本文回顾并讨论了挟沙水流卡门常数的计算公式及其影响因素.基于影响因素的量纲分析,得到了影响挟沙水流卡门常数的无量纲参数的关系式,由水槽实验资料确定出卡门常数的计算公式.经有关实验观测资料和长江、黄河实测资料的检验,表明本文所得公式计算的卡门常数与实验观测资料和野外实测资料的分析值均符合较好.     

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。     

弱动力水流中粘性泥沙作用下水流流速沿垂线分布的试验研究

采用玻璃水槽试验的方法探讨了弱动力水流中粘性泥沙作用下水流在水流条件、含沙量及水质条件共同影响下,流速沿垂线的分布规律.结果表明:弱动力水流流速的垂线分布有其自身的特点,流量较大或含沙量较小时,都基本遵循对数分布规律;流量较小且含沙量足够大时,流速的垂线分布呈横向抛物线形,并出现明显的分层现象;此现象出现后,当含沙量较大、流量减小,或流量较小、含沙量增大时,流速极大值增加、位置向床面下移,流量较小、含沙量较大时,随着钙离子浓度的增加,流速极大值增大,且其位置更贴近床面.     

远距离输沙明渠不淤流速的研究

我国河流含沙量高，引水明渠的泥沙淤积十分严重，但尚无确定输沙明渠不淤流速的有一定普遍意义的公式，早期对含沙量大小的影响考虑不够、后期不淤流速经验公式大多来自西北地区引黄灌渠的经验，适用于悬移质泥沙较细的情况、黄河洪水泥沙特性表明，含沙量越高、悬沙组成越粗，本文分析及试验验证，得到渠道的不淤流速表达式，充分反映了含沙量及其组成对不淤流速的影响，表明在其他水力因素不变时，输沙明渠不淤流速随着含沙量增加而变化，文中提出的不淤流速公式，可满足黄河高浓度远距离输沙明渠设计的要求。     

挟沙水流的冲刷率及河床惯性的研究

在清水水流河床冲刷率的实验研究基础上，本文进一步研究了挟涉水流来沙率对冲刷率的影响。结果说明挟抄水流的冲刷率随来沙率与水流输沙力欠饱和度之比以负指数律降低。当来水挟抄率与水流饱和输抄率相等时，冲刷率降刊0。河床惯性是河床在非恒定流中一种重要的动力学性质。利用河床惯性与冲刷率的关系测量了各种沙样的河床惯性值。发现河床惯性随床沙颗粒分选系数增大而增大，分选系数很大时趋近于极限值50t／Tn0。利用河床惯性和河床变形方程得出了冲刷过程中水流输沙率沿程和随时间的变化规律，结果说明水流输沙率欠饱和度向下游以负指数律下降，这与冲刷率随实际水流挟沙率与欠饱和度之比以指数率下降的规律有耜同意义。河床惯性愈大，实际水流输沙率增长得愈慢。河床惯性与于容重及摩阻流速之比构成的无困次数A。代表河床变形和水流实际挟沙量对水流挟沙力变化的响应程度。     

明渠水气二相流流速分布研究

为了实际应用的需要,根据前人的实验资料,建立了一套计算自掺气水流流速分布的半经验半理论方法,提出掺气对紊动有抑制作用,因而增大流速梯度,可使明渠水气二相流的最大流速比不掺气水流的最大流速有所增大,并导致近底流速指数分布中指数大于1／7。公式的计算结果与实验数据相比较基本一致。     

沉井下沉过程中底部垂线流速分布试验研究

本研究借助河工模型试验手段,通过对沉井在不同的入水深度时沉井底郝垂线流速分布情况的观潮,探讨了沉井下沉过程的局部冲刷发展的原因,本研究对制定沉井施工工序和掌握恰当时机进行沉井具有指导意义.     

水沙混合流的流速分布

基于水沙混合流的基本控制方程，考虑泥沙颗粒间相互作用形成的剪切应力，引入局部化ＭｏｎｉｎＯｂｕｋｈｏｖ长度尺度以计入密度分层浮力效应，建立了明渠定常、均匀水沙混合流流速分布的严格理论模式，理论结果与实测资料吻合甚好，该模式普遍适用于低含沙量和高含沙量流动．本文的分析支持基于ＶｏｎＫａｒｍａｎ常数不变之观点     

高含沙明渠紊流光滑区f－Re关系与平均流速公式

本文根据水槽试验结果，从紊动与絮网结构相互影响的角度分析了光滑区内阻力系数ｆ与有效雷诺数Ｒｅ关系散乱的原因；通过分析ｆ与断面平均流速Ｖ的关系，建立了高含沙明渠紊流光滑区平均流速公式，井作初步分析．