泥沙输移与水流强度指标

利用大量的实验室水槽和天然河道输沙资料，研究了各种水流强度指标与泥沙输沙强度的相关关系。结果表明，水流功率、平均流速、沙粒切应力能较好地预测输沙率而单位水流功率、佛汝德数、Velikanov参数则较好地预测输沙浓度。其中单位水流功率与输沙浓度的关系最佳。     

渗流对土体抗剪强度的影响

土体的抗剪强度是土体的主要强度指标之一。当土体中的渗流时，由于水流的力学、物理、化学等作用，会使土体的抗剪强度发生变化（主要趋势是使抗剪强度降低）。本文定量分析了各种情况下渗流作用对土体抗剪强度指标、有效应力及切向力的影响，得到了渗流作用下土体抗剪强度的定量表达式、并给出应用算例，说明了渗流对土体抗剪强度的明显影响。     

渗流对土体抗剪强度的影响

土体的抗剪强度是土体的主要强度指标之一。当土体中存在渗流时，由于水流的力学、物理、化学等作用，会使土体的抗剪强度发生变化（主要趋势是使抗剪强度降低）。本文定量分析了各种情况下渗流作用对土体抗剪强度指标、有效应力及切向力的影响，得到了渗流作用下土体抗剪强度的定量表达式，并给出应用算例，说明了渗流对土体抗剪强度的明显影响。     

水流与壁面间切应力估计方法的比较研究

精确估计水流与壁面间切应力在泥沙输移和水利工程安全方面具有重要意义。通过选取并整理文献数据,对现今七种主要的水流与壁面间切应力的估计方法在不同雷诺数的条件下进行评价和比较,发现总体上湍流动能外推法和雷诺应力外推法估计壁面切应力的可靠性和精确度最高,平均相对误差分别为3.2%和5.2%。湍流能量法、湍流动能法和雷诺应力法次之,以壁定理的精确度最低,但其所需的数据较容易获取。二阶应力法的精确度取决于阻力系数的取值。其中,壁定理和二阶应力法的估计值偏高而更加安全,湍流动能外推法的估计值较为准确,而其余方法给出的估计值偏低。所得结果对不同条件下水流与壁面间切应力估计方法的选择以及直接测量仪器的校准有一定的参考价值。     

复式河道漫滩水流计算方法研究

对复式顺直河道和复式游荡型河道中漫滩洪水的计算方法进行了研究.其中，对复式顺直河道，从Shiono-Knight方法出发，将二次流项归并入雷诺切应力项，并将主槽和滩地的流速分布曲线直接相接，推导出一套不需联立求解系数方程组的漫滩水流流速和床面切应力分布的计算公式以及床面平均切应力的解析计算公式；对复式游荡型河道，建立了一种新的上层水流计算方法.文中的计算结果与前人的实验资料基本一致，初步表明文中的方法是合理的.     

水流作用下圆柱周围床面切应力分布的三维数值模拟

该文基于计算流体动力学开源程序OpenFOAM建立三维水流数学模型,模拟圆柱周围的水流运动,分析圆柱迎流侧和背流侧流速剖面分布,通过与物理模型试验结果对比,表明所建立的模型能够较好地描述圆柱周围的水流运动。并在此基础上,分析对比了不同床面切应力计算方法模拟得到的圆柱周围床面切应力放大系数分布,获得了较为准确的计算方法。     

壅水条件下水流阻力试验研究

壅水条件下的水流阻力及输沙特性,在水利工程的应用中占有十分重要的位置。对壅水条件下河道开展概化水槽试验,采用声学多普勒测速仪ADV对水流流速进行了测量,并对壅水条件下水流阻力和床面切应力等进行了分析。结果表明壅水条件下,水流流速沿垂线分布较均匀流条件下更加均匀,当壅水程度越大时,水流流速沿垂线分布越均匀,且流速分布大致上仍服从对数率分布;壅水条件下,随着水深的增大,摩阻流速不断减小;壅水条件下河道水流阻力系数随着非均匀系数及水力半径的增大而增大;引入壅水程度指标,并拟合得到了床面切应力随壅水程度指标的变化关系式。成果可为壅水条件下水流结构特征及输沙规律的研究提供参考。     

基于ANSYS管道流体-热耦合数值模拟分析

应用大型通用有限元软件ANSYS,建立二维管道流体-热耦合模型,模拟管道水流在外界气温热对流的影响下,管道内水流温度和管壁切应力的变化规律,为以后的工程应用提供理论参考。     

论河渠边界和水流阻力的计算

本文分析了水力半径分割法的合理性及存在问题，提出了符合实质的分割原则，导出边界切应力分布公式和三维流速的分布及阻力公式，分析表明：影响边界阻力等因素有断面形状参数，糙率分布及水流运动强度，研究中包含了这些影响因素，所得公式适应性强，并经试验资料验证。     

黄河中下游推移质泥沙输移特性研究

利用量纲分析原理讨论了黄河中下游河道各种水力要素及边界条件对推移质输沙率的影响,建立了反映河床形态因子的综合无量纲水流强度指标,同时分析了各水流强度指标与推移质泥沙输移强度的相关关系。结果表明:无量纲综合水流切应力指标和无量纲综合水流功率指标均与推移质泥沙输移强度有较好的相关性;在水流强度很低、无量纲水流功率综合指标W*2<600时,水流功率综合指标与推移质输移强度的关联度有一定的波动性;随着水流强度增大,无量纲水流功率综合指标600相似文献   

掺气挟沙对高速水流边界剪切力特性影响的分析

在高速水流循环系统中，用自行研制的剪切力传感器分别量测了清水、掺气水流及挟沙水流壁面上的剪切力；实验表明，含沙掺气高速水流壁面剪切力的脉动值的概率密度函数分布基本符合正态分布规律；文中根据实测资料，分析了剪切力的时均值和脉动值与水流速度的关系；讨论了掺气及含沙量对壁面边界剪切力的影响；在同一流速下，剪切力的时均值及脉动值随着含沙量的增加而略有增加，随着掺气浓度的增加而降低。     

基于床面层能量平衡关系的推移质输沙率计算式

基于床面层内的水流能量关系,推导了推移质输沙率与床面层内有效水流功率的关系式.实测资料表明,推移质输沙率与床面层内有效水流功率有良好的相关性,且高于推移质输沙率与水流功率的相关性.经2 800组试验资料与天然河流资料的检验表明,该关系式的适应性良好,计算精度较高,并优于同类型的基于水流功率的推移质输沙率公式.     

苜蓿草地侵蚀产沙过程及其水动力学机理试验研究

利用人工模拟降雨试验，定量研究了不同降雨强度（45mm/h、87mm/h、127mm/h）下20°陡坡苜蓿草地的产流产沙变化规律，分析了苜蓿草地侵蚀产沙的水动力学机理。试验结果表明，苜蓿草地累积径流量和累积产沙量与降雨时间呈很好的幂函数关系，随着降雨时间的增大而增大。在45mm/h和87mm/h降雨强度时，草地径流量和侵蚀产沙量呈高-低-稳定的变化趋势，在127mm/h降雨强度时，草地径流量和侵蚀产沙量呈高-低-高的变化趋势。苜蓿草地的水土保持作用通过改变土壤的入渗特性实现，草地坡面入渗率与径流量和产沙量呈明显负线性相关。从水动力学角度对苜蓿草地径流剪切力和单位水流功率与输沙率的关系进行了分析，得出试验条件下苜蓿草地的临界径流剪切力值为2.857N/m2，临界单位水流功率值为0.0114 m/s，输沙率随径流剪切力和单位水流功率的增大而增大。     

Comparison of Direct and Indirect Boundary Shear Stress Measurements along Vegetated Streambanks

Estimates of boundary shear stress along vegetated streambanks are needed to predict streambank fluvial erosion. Because fluvial shear stress cannot be directly measured in the field, reliable estimation techniques using field instrumentation are needed. This study evaluated local bank shear stress estimation methods applicable to sloping, vegetated streambanks. Two reaches of a second order stream were modelled in a flume using a fixed‐bed Froude‐scale modelling technique. One reach was dominated by dense shrubs while the other reach was located in a mature forest. Direct measurements of local bank shear stress using a hot‐film anemometer were compared to estimates based on velocity measurements (logarithmic method, Reynolds stresses, and turbulent kinetic energy). For channels with no or widely spaced vegetation, the velocity‐based estimates underestimated the bank shear stress due to secondary flow contributions. For banks with dense vegetation, Reynolds stresses and turbulent kinetic energy estimates were statistically similar to direct measurements on average, but substantial error occurred when making point comparisons. Velocity‐based estimates generally over predicted bank stress in areas of high shear at the vegetation edge and underpredicted stress within dense vegetation. Ultimately, results suggest that none of tested techniques can be broadly applied to streambanks, and flow structure is critical in selecting the appropriate estimation technique. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

单边突扩浅水回流水流结构研究

试验资料表明,回流段流速及底部切应力横向分布沿流向呈自相似性。根据相似原理,水深平均方程可化为常微分方程,经求解获得了无量纲速度剖面公式。验证表阴,速度剖面公式不仅适用于垂线平均流速剖面,而且也适用于沿水深各流层速度剖面。利用速度剖面公式计算的垂线平均流速场与实测值符合较好。拟合了无量纲切应力剖面公式,探讨了主回流区阻力分布规律。 此外,还分析了影响回流长度的因素,建立了回流长度经验公式。     

PAM 对扰动红壤水动力学过程的影响研究

为比较施加 PAM 后坡面水动力学过程的差异,采用人工模拟降雨试验,分析了不同雨强、不同坡度、不同土壤处理后的径流剪切力、水流功率和水流动能与坡面输沙率之间的关系。结果表明 : 土壤分离速率与径流剪切力、水流功率和水流动能 3 个水力参数之间均具有良好的线性正相关关系;施加 PAM 后红壤扰动土临界剪切力由 0.77Pa 增加到1.47 Pa ,临界水流功率由 0.182 4N/(m·s) 增加到 0.367 6N/(m·s) ,临界水流动能由 0.301 8 J 增加到 1.115 5 J ;水流功率是其中描述土壤分离速率的最好参数,其复相关系数明显好于径流剪切力、水流动能与土壤分离速率的关系。     

非均匀沙分级起动切应力探讨

在考虑水流条件、床沙组成的基础上,通过对泥沙颗粒受力分析,建立了滚动平衡方程式,得出非均匀沙分级起动切应力公式.在建立公式的过程中考虑了床沙非均匀性对起动的影响,定义了附加作用力G,并将其引入公式中.通过实验数据的验证表明公式的计算结果与实验数据符合良好.     

A NEW MEASURE FOR DIRECT MEASUREMENT OF THE BED SHEAR STRESS OF WAVE BOUNDARY LAYER IN WAVE FLUME

In this article, a shear plate was mounted on the bottom in a wave flume and direct measurements of the smooth and rough bed shear stress under regular and irregular waves were conducted with the horizontal force exerted on the shear plates by the bottom shear stress in the wave boundary layer. Under immobile bed condition, grains of sand were glued uniformly and tightly onto the shear plate, being prevented from motion with the fluid flow and generation of sand ripples. The distribution of the bottom mean shear stress varying with time was measured by examining the interaction between the shear plate and shear transducers. The relation between the force measured by the shear transducers and its voltage is a linear one. Simultaneous measurements of the bottom velocity were carried out by an Acoustic Doppler Velocimeter (ADV), while the whole process was completely controlled by computers, bottom shear stress and velocity were synchronously measured. Based on the experimental results, it can be concluded that (1) the friction coefficient groews considerably with the increase of the Reynolds number, (2) the shear stress is a function varying with time and linearly proportional to the velocity. Compared with theoretical results and previous experimental data, it is shown that the experimental method is feasible and effective, A further study on the bed shear stress under regular or irregular waves can be carried out. And applicability to the laboratory studies on the initiation of sediments and the measurement of the shear stress after sediment imigration.