矩形槽中矩形边墩周围流速分布试验研究

利用声学多普勒流速仪,对矩形断面明渠中矩形边墩周围三维流速进行测量,并对时均流速3个方向分量进行了研究.通过对边墩周围不同垂直及水平面流速的分析表明:受柱体的影响,柱体上游行进水流与壁面产生分离,并有涡旋产生;柱体下游纵向水流逆向运动,产生回流,横向流速和垂向流速非常小,可以忽略不计.     

矩形水槽中梯形边墩水流紊动特性试验研究

采用声学多普勒流速仪ADV,对矩形水槽中梯形边墩周围水流紊动特性进行系统的试验研究,并对紊动强度3个方向分量进行了较深入的分析。根据试验数据,通过对柱体周围不同垂直面上紊动强度的分析对比,得出行进水流受到边墩的影响程度,在柱体上游,受到柱体挤压,紊动强烈;在柱体下游,水流从柱体分离,形成逆向回流,紊动强度增大,垂向紊动强度很小,可以忽略。实验可为研究水流紊动结构及桥梁梯形边墩的紊动特性提供验证资料。     

串列双圆柱水流特性试验研究

通过对串列双圆柱不同间距时的流速分布进行试验分析,得知水流进入桩柱间隙区域后,正对桩柱的垂线流速分布由对数分布变为S型分布.沿横断面方向,流速改变形式十分相似,各曲线分布趋势沿水槽中心呈对称分布.对于不同间距,对水流影响不同,间距越大,桩周围流速减小幅度越小,流速改变波及面越小.本次试验的分析结果为码头工程设计提供了参考.     

含植被群河槽垂线平均流速分布特性实验研究

植被单元产生的形态阻力会阻碍水流,从而导致局部流速亏损,因此植被作用下的流速分布不同于明渠水流.通过水槽试验,研究了非淹没刚性植被群对单一河槽水流垂线平均流速分布的影响.采用竹签概化模拟圆形植被群落,设计了试验方案、各项参数等,进行了两组对照试验.试验表明,植被群会影响垂线平均流速的纵向分布,在植被群后流速显著减小,并且在一段距离后逐渐恢复;植被群对垂线平均流速横向分布也有一定的影响,在植被群下游附近垂线平均流速沿横向呈波谷状对称分布,而在其上游影响甚微.     

平面网衣周围流场的三维数值模拟

采用Realizable kε湍流模型,结合多孔介质模型模拟网衣,建立了模拟水流作用下平面网衣周围流场的三维数值模型。利用最小二乘法分析作用在平面网衣上的水流力与流速和冲角的关系,得到对应的多孔介质系数,使得多孔介质区域具有与网衣相同的阻水效果。运用该数值模型模拟了水流作用下平面网衣周围的流场,并与物理模型试验结果进行了比较。比较结果表明,不同流速和冲角条件下计算和试验获得的网衣周围流速值一致。证明了该数学模型对模拟网衣周围流场的适用性。     

不连续宽级配河床垂线流速分布试验研究

不连续宽级配床沙在天然河道中广泛存在,作为非均匀沙的特殊类型,其床面水流特性与一般意义上的非均匀床面相比具有不同的特性.以不连续宽级配床沙为例对其床面垂线流速结构进行了试验研究,结果表明不连续宽级配近底床面垂线水流结构出现S型转折,S型位置与水流强度和床面形态有关.并提出了基于近底S型的水流垂线流速分段表示的流速公式及垂线流速S型平均转捩位置的计算公式.     

掺气对明渠流速分布影响的试验研究

为揭示掺气对明渠流速分布的影响,采用针式掺气流速仪对3种不同掺气形式的水流分布进行测量,分析结果表明:在掺气发展区无论自掺气水流还是强迫掺气水流,其断面垂线流速最大值都在水面以下;各断面相同位置处,强迫掺气水流流速都大于自掺气水流对应的流速;无量纲垂线流速分布曲线都保持类似指数分布规律,在近槽底附近,指数介于6～6.5,而曲线后半支较指数分布平缓.     

漫滩水流水沙运动规律的研究

本文根据漫滩水流的运动特点，将漫滩水流的复式断面分为主槽平衡区、滩槽交互区、滩地平衡区及边壁区等4个区，并给出了各区宽度的经验公式.根据滩槽交互区垂线流速分布的变化特点，提出了附加尾流函数的对数流速分布公式.在简化水流运动方程和泥沙扩散方程的基础上，对滩槽交互区内垂线平均流速及含沙量沿横向分布进行了理论分析，提出了反映滩槽水流动量交换强度的横向涡量粘性系数及横向扩散系数的表达式，得到了漫滩水流垂线平均流速及含沙量沿横向分布的解析解，并与实测资料吻合较好。     

黄陵庙水文断面垂线流速分布特性研究

  为进一步利用天然河流实测资料检验垂线流速分布的指数与对数规律,采用多普勒剖面流速仪在黄陵庙水文断面中实测的不同垂线与不同流量情况下的瞬时流速资料,计算了时均流速的垂线分布,并与指数和对数流速分布公式计算的结果进行了比较分析。结果表明,黄陵庙水文断面不同垂线水流的时均流速分布符合对数与指数分布规律。然而,在不同水流与边界条件下,其指数公式中的指数大小与对数公式中的有关参数有所不同。通过对黄陵庙水文断面垂线流速分布特性的研究,丰富了对天然河流垂线流速分布规律的认识。     

相同压缩比条件下单双排桥墩群流场分析

研究桥墩群周围流场有利于优化桥墩设计,对河道防洪安全、稳定河势有着重要的意义。建立了相同压缩比情况下单排和双排桥墩模型,对比分析了桥墩群对水流结构的影响,指出:相同压缩比条件下,最大流速出现在前排各桥墩两侧,与水流方向夹角在70°～90°范围内,且桥墩群周围最大流速的大小与桥墩的布置间距有关。     

Effects of obstacles and flow velocity on locomotory behavior in juvenile,silver carp,Hypophthalmichthys molitrix

We currently have only a minimal understanding of energy‐saving strategies of fish in unsteady flows. In this study, we found that obstacle shape can affect swimming ability of fish: our results suggested that a half cylinder improved critical swimming speed of silver carp (Hypophthalmichthys molitrix) compared with swimming downstream of a full cylinder, square tube or for free‐flow conditions. We also discovered how silver carp alter their locomotory behavior in response to turbulent flow caused by varying flow velocities around obstacles. At a flow velocity of 1 BL/s (body length per second), the fish spent similar percentages of time between holding station and moving forward behind the half cylinder: their motions resembled freestream swimming behavior. The greatest percentage of time spent downstream of the half cylinder occurred at a flow velocity of 5 BL/s. Fish were unstable and displayed irregular body motions with large lateral displacement at 5 BL/s. However, the fish held station for a long time and moved forward steadily behind the half cylinder at 3 BL/s. In holding station behind the half cylinder, fish maintained constant tail‐beat frequency and tail‐ beat amplitude when flow velocity was increased from 1 to 3 BL/s. In moving forward behind the half cylinder, fish increased tail‐beat frequency and tail‐beat amplitude while maintaining constant ground swimming speed, swimming acceleration and ground stride when flow velocity was increased from 3 to 5 BL/s. Moreover, fish positioned their snouts in a small area approximately 1–3 BL downstream from the half cylinder at 3 BL/s. These behaviors support the hypothesis that turbulence behind a half cylinder was a suitable location for fish to conserve energy at 3 BL/s. Our results indicate that the combined effect of obstacles and flow velocity influence fish locomotory behavior, and some combinations may be beneficial to fish energy expenditure swimming in unsteady flow.     

三圆柱串列水流流速特性试验研究

通过对间距为4D和8D(D为圆柱直径)时的三圆柱串列水流流速分布进行了试验分析,由试验结果可知:在横断面上,由于桩的阻力和前柱尾流区存在的漩涡,水流向阻力小的无桩区转移,动量向水槽边壁呈近似波状传递;无桩区附近流速增大,流速的改变趋势沿水槽中心基本呈对称分布;两种间距试验结果比较发现:桩柱间距越大,流速减小幅度越小,流速改变波及面越小.     

水流流速与泥沙起动概率关系研究

通过对泥沙颗粒在水流中的受力情况的分析,推导出泥沙处于临界起动状态时的近底水流流速。运用概率论的思想,建立其与泥沙起动概率的关系,并根据指数垂线平均流速公式将近底流速转变为容易测量的垂线平均流速,使得泥沙的起动概率可直接通过测量水流速度来确定,为泥沙起动的概率研究提供了一个很好的工具。     

单向流作用下近壁面圆柱的流向振动

在单向流水槽中对近壁面圆柱体的流向振动进行了实验模拟。分析了圆柱流向振动位移时程曲线,探讨了圆柱振动频率随水流速度的变化特征。研究了圆柱振动幅值和频率的变化特性,结合圆柱尾迹涡的变化规律,分析了流向振动的起因。实验结果表明:随着流速的增加,圆柱流向振动经历了发生、发展和消失的变化过程,振动频率呈现出缓慢增长的趋势;在流向振动触发初期和后期衰退时,流向振动频率存在多值现象,频谱中呈现多个谱峰;圆柱流向振动所对应的约减速度范围明显小于横向涡激振动所对应的范围。     

淹没垂直圆柱周围水流结构及紊流特性试验研究

淹没垂直圆柱虽在各工程领域中均有广泛的实际应用,但还没有关于其绕流场内水流结构及紊流特性的系统研究。通过室内变坡水槽试验对淹没垂直圆柱周围的瞬时流速场进行了精细测量,分析了淹没率对垂直圆柱上下游竖直对称面内三维流速、紊动强度等水力参数垂线分布的影响程度,研究了向下水流、马蹄形旋涡和尾流旋涡等典型水流结构的冲刷力随淹没率的变化规律,揭示了淹没率影响垂直圆柱周围清水局部冲刷的机理。研究结果表明:增大淹没率能够减小垂直圆柱出露于水体中的有效长度,使得垂直圆柱对水体的阻流和扰动作用减弱,也使得垂直圆柱上游迎水面处向下水流、柱周马蹄形旋涡和下游尾流旋涡的冲刷能力被有效削弱,降低了垂直圆柱周围床面泥沙被旋涡体系卷起后顺水流失的概率。     

基于固液两相流模型的泥石流流速垂向分布研究

泥石流流速的垂向分布是泥石流运动理论中的核心问题之一。以固液两相流模型为基础,分析了泥石流中两相速度相等与不等条件下的本构关系和泥石流流速垂向分布的计算方法;在二维恒定均匀流的条件下,考虑两相之间的相互作用,推导层流和紊流流态下泥石流中液相和固相速度的垂向分布公式,并采用不饱和水石流的试验数据进行了验证。结果表明:泥石流两相之间的速度差异是描述两相之间相互作用的根本所在;泥石流固相浓度与本构关系中的模化参数均有关联,是流速垂向分布计算中的重要参量;基于两相流模型的泥石流流速垂向分布公式比现有公式更具普遍意义,且其计算结果能与试验数据较好吻合。     

同轴套管间涡旋流动及强化传热数值模拟

相对旋转两同轴套管间的涡旋流动,能够带来二次流强化传热传质作用,在航空、水处理、生态保护、生物工程和膜分离等领域都具有广泛的应用价值。本文使用Fluent软件,对同轴套管间涡旋流动及传热特性进行数值模拟,考察了内管转速、内外管壁面温差等操作参数变化对同轴套管间流体传热性能的影响,分析了涡旋流动与传热效率之间的关联关系。模拟结果表明:内管转速增加在流场中形成泰勒涡,涡流扰动增大了高温壁面与流体间的热流密度,增强了流体传热效率。增大内外管壁面温差,也可加强流体传热性能,但其强化作用不及内管转速的强化作用显著。受流场中泰勒涡影响,流体速度、温度及热流密度沿轴向的分布都呈正弦状周期性波动,在相邻两涡交界面处,流体传热性能最好,在涡中心处的传热性能最差。     

VERTICAL VELOCITY DISTRIBUTION IN STEADY NON-UNIFORM AND UNSTEADY OPEN-CHANNEL FLOW

Based on the continuity equation, the distribution of vertical velocity in equilibrium steady non-uniform and unsteady open-channel flows were deduced theoretically. Then a recently developed Acoustic Doppler Velocity Profiler (ADVP) at the Swiss Federal Institute of Technology was used to measure instantaneously the flow profiles. From these measurements, the vertical velocity and the other flow parameters were obtained. Additional data measured using an Acoustic Doppler Velocimeter (ADV) at the Nanyang Technological University were also presented. The agreement between the theoretical distribution of vertical velocity and the measured data is reasonably good.     

基于分形理论的冰下水流流速垂线分布研究

冰下水流流速分布是冰凌生消、泥沙输移、河床演变及冰期输水的重要参考依据,基于分形理论,在前人的研究基础上,研究了冰下水流流速垂线分布规律。结果表明,依托明渠水流的若干成果,从分形理论出发,基于Einstein假定,可推出已有冰下不同形式的流速垂线分布公式;理论分析认为,冰下分区水流流速分布近似镜像,均具有分形特征,可用双对数公式表达,实测结果证明,对于弯曲河道,水流核心区流速分布均匀,并不服从对数分布,公式在运用时需考虑适用性或引入因子项;稳封期,冰盖区水流流速分布的分维值大于河床区,流速分布更均匀,而在弯道卡冰区域,由于弯道冰下水流结构的复杂性,河床区水流流速分布的分维值无规律。对冰下水流流速的研究,拓展了分形理论在水流流速垂线分布研究方面的应用成果,概化的冰下水流结构,对工程运用有一定借鉴意义。