含植物明渠紊流流速分布无量纲化方法及流动分区

基于流速分布曲线的几何特点,提出一种新的无量纲化方法,结合水槽实验数据的回归分析,对含植物明渠紊流流速分布律及流动分区进行了研究。基于流速梯度变化率的特点,确定两个特征高度,采用特征高度、特征高度位置处的流速、水深、最大流速4个变量定义了新的无量纲流速和高度,对实验得到的流速数据进行无量纲化处理,进一步拟合得到流速分布律。结果表明,提出的无量纲流速在自由水面附近呈对数分布,对数分布律区域以下到床面的区域可用4段函数表示。根据分布律适用的区域明确流动分区边界,发现边界高度与特征高度并不重合,但和混合层的上下边界近似相等。与其他研究的对比表明,提出的无量纲化方法和流速分段函数分布律以及流动分区对速度描述有效,具有较好的适用性。     

含淹没植物明渠近床面区紊流特征高度试验研究

为研究含淹没植物明渠紊流统计参数垂向分布突变位置、理论床面和渗透高度的关系,进行了含淹没刚性植物明渠水流试验,使用圆柱铝棒模拟刚性植物,采用激光多普勒流速仪(LDV)测量流场,对由纵向流速、雷诺应力、局部阻力系数分布确定的特征高度和渗透高度进行研究,比较各类紊流特征高度的相对位置,分析植物密度与淹没度对其的影响。试验结果表明,在植物密度较大的情况下,近床面区流速沿垂向保持常数,雷诺应力梯度较小,一定高度处分布规律发生明显变化,能够较容易地确定流速梯度和雷诺应力梯度突变位置,淹没度对由3种方法确定的特征高度影响不明显;各种方法确定的特征高度中,雷诺应力特征高度与渗透高度更加接近;渗透高度随植物密度与淹没度的增大而增大;渗透高度与理论床面高度存在一定的线性关系。     

植物条件下明渠紊流KH涡相关问题研究进展

植物是生态功能完备的河流的重要特征,淹没植物条件下产生的特殊紊流拟序结构——KH涡,对水-沙-污染物运动具有直接影响。从KH涡的发现、形成条件、特征参数(形态特征参数和运动周期)三方面,回顾了国内外植物条件下明渠紊流KH涡相关问题的研究进展,总结了植物密度和淹没度对KH涡的影响规律,提出结合紊流不稳定性理论、紊流拟序结构分析方法、流动显示、图像技术来研究KH涡的形成条件(临界密度或临界淹没度)、沿程发展过程、影响因素(如植物密度、刚度、几何形态、淹没度、水流强度)的具体影响,是下一步需要探索的关键。     

植物密度对明渠紊流拟序结构的影响研究

河道中淹没植物顶部附近的大尺度涡结构,影响着水体中的动量和物质交换,从而导致泥沙和污染物输移发生变化.基于淹没刚性植物条件下的水槽试验,利用粒子图像测速技术(PIV)对五种植物密度条件下的流场进行测量,分别用象限分析法和伽利略分解法,研究密度对植物顶部附近的猝发及KH涡垂向几何尺度的影响.研究表明:在试验条件下,植物密...     

明渠紊流与床面形态相互作用研究进展

结合国内外最新研究动态,从明渠紊流与床面形态相互作用的研究方法、明渠紊流特点、紊流对沙波形态的影响、床面形态对紊流的反作用等方面对明渠紊流与床面形态相互作用进行了综述。当前明渠紊流特性、二维沙波床面水沙运动特性等方面的研究已经取得丰富成果,但尚不能很好地解释天然河流中的水沙输移机理;由于试验测量方法的限制,复杂床面条件下的水沙相互作用研究在相当长时间内没有取得突破性的成果,亟需探索和引入无干扰、高精度的三维瞬态全场测量技术;床面几何形态、沙波发展演变方面的研究相对成熟,但床面的稳定机理尚存在分歧,理论模型和数学模型均不够完善,尤其沙波内部渗流与明渠紊流综合作用下的床面稳定性和泥沙运动特性研究还比较少,是今后进一步探索的方向,其成果可为揭示三维沙波床面紊流与泥沙相互作用机理提供必要的前提。     

含植物水流动力特性研究进展

鉴于植物与水动力之间复杂的相互作用过程,从植物对水流的阻力作用、植物引起的紊动作用以及植物对波浪的消减作用三方面,综述了国内外含植物水流动力特性研究进展,总结了不同水动力条件下含植物河道Manning系数、拖曳力系数与植物特性之间的定量关系,讨论了植物引起的纵向流速垂向分布和紊动强度变化以及植物在海岸带波浪消减中起到的作用。针对目前含植物水流动力特性研究中存在的不足,指出植物拖曳力系数、含植物水流紊动特征、植物-水流-波浪耦合作用机理为今后研究的重点。     

含植物河流问题研究进展

植物是生态功能完备的河流必不可少的因素,是河流生态系统众多的生态因子中最为重要的元素。从含植物水流阻力、含植物水流紊流结构及含植物水流的数值模拟等方面回顾总结了当前含植物水流问题研究的主要成果,讨论了当前含植物水流问题研究存在的不足,并指出今后的研究趋势。     

含植物河道水动力特性研究进展

水生植物群落是河流生态系统的重要组成部分,利用天然植被护坡固土、净化水质、改善河流生态环境已成为河流生态修复的重要措施。本文从水生植物影响下的河道水流阻力特性及水流结构两方面,总结了国内外对含植物河道水动力特性的研究进展,并对该领域的未来研究方向提出了展望。     

含非淹没植物明渠糙率系数及非均匀流水力特性

根据水力学对明渠水流流动类型的划分,提出按均匀流和非均匀流分别进行研究的新思路。通过对植物段上游水流和植物段水流的研究,得到种植植物后植物段上游形成M1型非均匀流,植物段基本形成M2型非均匀流,其相对水深随排列密度增大而增大,种植物前非均匀流水深越小,种植物后水深变化越大,植物段的相对糙率系数和相对水力坡度均随植物排列密度增加而增大,且植物横向加密比纵向加密糙率系数增加的快,阻水效果更明显等结论。更多还原     

UV-B辐射对植物生理生态特征的影响研究进展

工业化进程的加速和人类活动的加剧引起了一系列的环境变化。其中,由臭氧破坏引起的紫外辐射的增加是目前人们面临的严峻问题。先就目前UV-B(紫外线B波段)辐射增加的现状,以及国内外关于UV-B辐射对植物生理生态的影响研究进行了概述;然后,对国内外关于植物对UV-B辐射增加的响应研究进行了总结;最后指出了研究的不足和后续研究的重点方向。研究成果对后续深入研究UV-B辐射对植物生理生态特征的影响具有一定的指导意义。     

Investigating the turbulent flow characteristics in an open channel with staggered vegetation patches

In the present study, flow around circular and staggered vegetation patches was investigated numerically. For turbulence modelling, the Reynolds‐averaged Navier–Stokes technique and Reynolds stress model were adopted. The numerical model was validated with the experimental data using varying vegetation density and flow velocities. The simulated results of mean stream‐wise velocities were in close agreement with the experimental results. The results show that the mean stream‐wise velocity in the downstream regions of vegetation patches were reduced, whereas the velocity in the free stream regions were increased. The influence of neighbouring and staggered vegetation patches on the flow was observed. The vegetation patches with larger nondimensional flow blockage (aD = 2.3, where a is the frontal area per volume of patches, and D is the diameter of vegetation patches) offered more turbulence when compared to the patches with a smaller flow blockage (aD = 1.2). Larger turbulence in the form of kinetic energy and turbulent intensity was recorded within the vegetation as well as the regions directly behind the patches. Negative Reynolds stresses were observed at the top of submerged vegetation. The turbulence characteristics peaked at the top of vegetation, that is, z/h = 1.0 (where z is the flow depth, and h is the vegetation height), which may be migrated vertically as the frontal area of the vegetation patch is increased. This high frontal area also increased stream‐wise velocity above the vegetation, leading to an increased variation in turbulence around the vegetation canopy.     

有植被河道的水力特性研究

利用三维超声波多普勒流速仪(ADV)量测有植被时水槽不同测点位置的瞬时流场。分析了测点位置和水深与植被高度比对时均流速分布的影响。试验结果表明植被层上下水流结构复杂,柔性植被的存在使垂线流速降低,所测得的流速分布在植被层顶部附近呈现“<”形状,在植被区域内部流速分布近似为“3”形。分析了植被区水流紊动强度和雷诺应力的垂线分布情况。水流紊动强度和雷诺应力在植被区域的上层相对较大,说明在该处发生着剧烈的质量和动量交换以及很强的剪切作用。     

簇状分布的刚性双层植被明渠紊流特性分析

采用RNG k-ε 紊流模型,对簇状分布的刚性双层植被明渠水流进行了模拟和分析;根据时间及空间的双平均方法对植被明渠水流的流速及紊动参数进行了统计。结果表明:簇状分布的植被明渠水流可以分为植物区、间隙区及主流区,不同区域时均流速的大小和分布各异;双层植被明渠水流中,时均流速垂线分布在近床面、低植物顶部附近及高植物顶部附近均出现拐点,脉动强度和紊动能的最大值出现在高植物顶部附近。     

基于FLUENT的小尺度粗糙明渠紊流数值模拟

采用计算流体动力学软件FLUENT 对一小尺度粗糙明渠紊流进行数值模拟研究,得到了不同水深的垂向流速分布、壁面切应力以及摩阻流速值,并将数值计算结果与物理模型实验结果作了比较,发现两者符合得较好,从而验证了FLUENT 用于计算小尺度粗糙明渠紊流的有效性.由于计算机性能的限制,无法得到粘性底层和过渡层的"真实"流速分布,有待今后进一步研究.     

明渠中掺气水流紊流流动规律

本文利用变密度变粘度流体在明渠中紊流流动时的运动微分方程式，研究了明渠中掺气水流紊流流动规律，得出，明渠中的掺气紊流不能在相同条件下增大明渠水流量，即不能实现有效的减阻。文中提出了密度紊动应力、粘度紊动应力、流量增加率等概念。     

淹没柔性植物对明渠推移质运动影响的实验研究

由于水流中植物的存在,使推移质泥沙运动规律变得更为复杂,目前,含植物水流中推移质泥沙运动的研究成果较少。实验研究了含淹没柔性植物水流中,不同植物密度及水深对时均流速、脉动强度、泥沙起动流速以及推移质输沙率的影响。结果表明,在植物顶部以下,有植物时的时均流速明显小于无植物时的流速,而脉动强度大于无植物时的脉动强度;当水深相同时,随着植物密度的增大,泥沙起动流速呈逐渐减小的趋势,并与植物密度呈较好的三次方多项式相关关系;植物密度对推移质输沙率的影响并非呈单一变化规律,随着植物密度的增大,推移质输沙率呈先增大然后逐渐减小的趋势,当植物密度相同时,水深越小,泥沙起动流速越小,推移质输沙率越大。