含天然沉水植物明渠紊流特性研究

鉴于研究含植物水流的紊流特性对河流治理及湿地恢复的重要意义,在大结构混凝土水槽中,以天然沉水植物狐尾藻和菹草为试验植物,利用三维超声波测速仪（ADV）测量含植物段水流,对5种工况下明渠紊流特性进行了研究。结果表明,含沉水植物水流时均流速垂线分布呈C形;植物密度较高时,紊动强度值相对较大且不同种类的植物对其影响趋于一致,低密度时紊动强度值相对较小,但垂线分布之间差异较为明显;植物密度越大脉动流速均方根值越大,同时紊流表现出明显的各向异性;雷诺切应力受种植密度及植物种类共同影响。     

含植物河道的水流垂向流速分布试验研究

河道植物可保持水土并净化水质,对生态系统有很好的修复作用,但河道植物会降低河道的输水和泄洪能力,因此研究植物对水流特性的影响非常重要。为此使用PVC圆柱棒模拟刚性植物,在矩形平底水槽中,采用三维多普勒超声测速仪(ADV)对含刚性植物河道的水流流速垂向分布规律进行了试验研究,分析了含刚性植物明渠水流的流速变化规律。结果表明,无植物区域水流流速垂向分布呈"J"型,符合半对数分布关系;有植物区域,无论是否淹没,水流流速垂向分布呈"S"型,淹没条件下流速垂向分布大体分为植物区域和植物区域以上部分两个区域;植物区域流速垂向分布曲线在局部区域内有一个极小值,取得极小值的拐点在相对淹没度为0.5附近;植物区域以上部分流速垂向分布呈"J"型。     

天然挺水植物明渠三维紊流特性研究

以天然挺水植物茭草、芦苇、水葱及模拟植物PVC管为试验材料并种植于大结构混凝土明渠中,研究其在流量及种植密度相同条件下明渠中水流的三维时均流速、脉动强度及雷诺切应力的分布特点。结果表明,明渠水流流速垂线更符合抛物线分布;天然挺水植物之间、天然挺水植物与PVC管间的时均流速分布相差较大,难以用一种分布模式描述;含挺水植物水流紊流特性表现出明显的各向异性;紊动强度与植物的生长形态及柔韧性密切相关;除水葱外,芦苇、茭草及PVC管的雷诺切应力-ρu′zu′x基本接近;相比天然挺水植物PVC管对水流切应力-ρu′yu′z影响最为显著;切应力-ρu′xu′y垂线分布于相对水深0.5处出现极值,总体呈ε形状。     

明渠水流淹没植被阻力系数计算公式研究

阻力系数是评估明渠水流过流能力的一个重要参数,而对于含植被明渠水流运动,水流结构和流速分布特性较为复杂,传统的明渠水力学公式不再适用.采用经典Darcy-Weisbach方程,通过对含植被河道阻力系数理论分析,识别出影响阻力系数的关键因子为植被淹没度和无量纲化阻力长度,进而基于广泛搜集的水槽试验数据,利用最大差异性算法...     

进口型式对碾盘山导流明渠水力特性的影响

为解决碾盘山导流明渠出现的波浪、回流等不利流态及渠内发生冲刷破坏等问题,通过物理模型试验研究了进口型式对导流明渠水力特性的影响。研究结果表明,与河道衔接顺直的明渠进口,减小了进口轴线与原河道的夹角,增加了明渠的进口宽度,使明渠水流流态明显改善,渠内死水区域面积减小,进而有效避免了回流的产生;同时,顺直的明渠进口可降低水流流速,减小水面波动,降低明渠发生冲刷破坏的可能性。该结论可为类似工程提供参考。     

植物生长对含沙水流特性的影响研究

采用无植物和高2、5、9 cm模拟植物的12组次的水槽试验,探讨了植物生长对含沙水流特性的影响规律。试验结果表明,含沙水流流速分布在植物带中不再符合对数分布形式,而为S型分布;水流的雷诺数和弗劳德数随植物高度增加而减小,随流量增加而增大;糙率随植物高度增加而增大,随流量增大而减小;悬移质浓度垂向分布随植物高度增加而降低,随流量增加而增大,沿植物带水流方向悬移质浓度逐渐降低。     

生物质与污水污泥共热解特性研究

采用热重分析仪(TGA)对生物质与城市污水污泥单独及共热解基本热解特性进行了考察,并结合测定的生物质中纤维素、半纤维素和木质素含量对共热解过程热解特性的影响规律发现:升温速率为20℃/min时,污泥单独热解分为水分析出、挥发分析出和焦炭化3个阶段;由生物质单独热解特性分析可知,松木屑热解特性最优,花生壳次之,狐尾藻最差;通过不同生物质添加量时的共热解过程考察,得知较高的生物质添加量更有利于共热解过程的进行;结合共热解特性变化与生物质组成的关系可知,含纤维素和木质素较多的松木屑与污泥共热解时有明显的协同作用发生,含木质素较多的花生壳也有较为明显的协同作用,含半纤维素较多的狐尾藻协同效果不明显。     

大扩散比闸下水流扩散特性的影响因素分析

水闸下游水流流动扩散特性对下游河床及岸坡冲刷具有重大影响。为研究闸下水流扩散特性的影响因素,采用物理模型试验,分析了不同扩散比、闸门开启高度、弗劳德数及下游水深对水闸下游流态的影响;同时以断面相对最大流速及不均匀系数作为水闸下游扩散特性的衡量指标,得到不同弗劳德数、闸门相对开启高度、扩散比和水闸下游水流扩散特性指标的相关关系。结果表明,扩散比的增大会导致偏折水流的出现并增大偏折程度;而弗劳德数和闸门开启高度的增大则使水流偏折程度减少;断面相对最大流速和断面流速不均匀度均沿程减小,且受扩散比的影响最大。     

滨岸带植物对水流结构影响的试验研究

以滨岸带植物为例,针对河道断面形式与植被分布影响河道水流结构、进而影响河流生态功能和河岸稳定等问题,通过种植3种高度模拟植物的梯形断面渠道的12组次水槽试验,分析了梯形生态渠道的沿程水面线、沿程流速及植物带中断面横向与中垂线流速分布、等效糙率.结果表明,植物带前壅水水位随植物高度增加而增大、植物带末端出现水位降低和流速升高区域、植物带断面中垂线流速分布呈大“S”型分布,流速梯度反转值位置随植物高度的增加而升高;断面横向流速对称分布,主槽流速大于边坡区流速,最大流速发生于主槽与边坡交界区.     

含引水和尾水明渠输水的水电站过渡过程分析

鉴于无压明渠的水力特性直接影响含明渠引水式水电站的过渡过程和运行控制,结合有压输水系统的特征线法,采用明渠瞬变流分析的特征隐式格式和相应的边界条件,构建含非自动调节引水明渠、压力前池、尾水池和尾水明渠的引水式水电站的过渡过程分析模型,研究了明渠流水力特性对水电站过渡过程和稳定性的影响。结果表明,在大波动过渡过程中,明渠流水力特性对机组蜗壳进口内水压力和转速极值的影响很小,而尾水渠水力特性及尾水池最低涌波水位决定了尾水管进口的最小内水压力;考虑明渠瞬变流特性的影响,水力干扰下受扰机组的调节品质变化较为明显,而水力-机械系统小波动调节品质变化较小。