跌坎下游流场的时均流速分布和脉动特性

本文采用颗粒示踪的方法试验研究了跌坎下游主流重新接触床面流区的时均流速分布，流速的脉动强度及各点脉动流速的概率密度分布。试验结果表明，跌坎下游水流分离，具有稳定的漩涡发展，漩涡产生的频率约为每２秒３次。重新接触点离跌坎的距离约在３￣６倍坎高之间。在主流重新接触床面的流区，紊动剪切应力最大，在量测的流区，脉动流速的概率密度接近正态分布。     

水—沙两相流的激光多普勒分相测量和试验研究

探讨泥抄颗粒在水流中的悬浮运动机理和水、沙两相之间的相互作用，首先需要分别了解水流和泥沙颗粒的运动特性及相互关系。因此，怎样分相观测水流和泥抄颗粒的运动参数成为泥沙运动基本理论研兜的一十重要问题。本文集中介绍了利用激光多普勒技术分相测量水流和泥沙运动参数的基本原理和方法．以及利用常见的一维激光器(无声光频移)测量水流和颗粒垂向(垂直于水流运动方向)脉动速度的实验方法。使用该技术对水平方管内的水一沙两相流运动进行了试验观测，给出了两相速度、纵向及垂向湍流度，以及泥沙浓度的测量结果。     

简讯

水力学试验研究中,2厘米/秒以下低微流速的测量是长期没有解决的问题。曾使用过颗粒或浮标示踪、旋浆流速仪、热膜流速仪、激光流速仪、超声波流速仪及氢泡示踪等穷法,因精度低、使用不便或对水流犹动大,对甚低流速不能感应等缺点而不能实用。这种状况导致国内外低微流速实测资料甚少,影响试验研究的深入和发展。由水电     

三维粒子示踪测速技术的开发及初步应用

开发的单颗粒三维运动轨迹测量系统的硬件由四部摄像机、一台PC机和内置的图像卡组成。软件系统包括4路图像实时同步采集、图像二值化和聚合程序，坐标校正和转换，以及各统计参数的计算公式。系统标定的空间误差小于0.3mm，速度误差约为1.0mm/s。开发的颗粒三维运动测量系统在测量颗粒运动更长的轨迹、实现较高的采样频率和保证每个摄像机的高分辨率、只进行一次标定而进行各种水力坡度的试验及实现极大样本的采集等方面都取得了明显的进展，为研究颗粒运动的基本规律提供了新的方法。试验可以得出颗粒三维运动的瞬时速度，初步试验得出颗粒的纵向平均速度遵循对数分布，颗粒速度小于相应水流的运动速度。     

基于GPS的洪泽湖水流流场质点示踪及数值模拟

针对不同水文气象条件下湖泊真实流场描述的难题,通过在洪泽湖主要入口分别投放GPS示踪器,实现了对湖泊表层水流轨迹、方向的实时监测,形成洪泽湖初步流场图。野外示踪实验结果表明:流经湖泊中心区域的水流运动轨迹均为自西向东的曲线;入湖流量较小时水流难以进入湖泊中心流场,入湖流量较大时流速空间分布不均,流场较复杂;小流量入湖条件下水流运动受到湖泊表面风场的影响,流量较大时水流流动的主要影响因素为湖泊自身的流场。同时,构建了不同入湖流量条件下的洪泽湖二维水动力数值模型,水动力模型模拟的流场分布基本符合水流质点GPS示踪实验的结果,两者拟合较好。本次研究揭示了洪泽湖的真实流场,基于GPS的示踪方法可用于分析河流湖泊的水动力空间变化,为泥沙、污染物质的输移和扩散提供了重要参考依据。     

海岸裂流的浮子示踪法实验测量

研究模型实验中采用浮子示踪法测量沙坝海岸裂流的方法,讨论了该方法的具体技术实现和测量结果的精度。实验中裂流由波浪在垂直岸线的直墙上的反射所形成的两列交叉的波浪生成。通过处理CCD图像的浮子轨迹得到了流场的详细速度分布,如旋涡分布等,显示了该方法优于流速仪定点测量的一些特点。与ADV流速仪测量结果的对比表明,由浮子轨迹得到的表层平均流速具有可靠的精度,特别是也可以应用于波浪破碎产生的裂流这样复杂流场的测量。     

利用天然与人工示踪法探测岩体裂隙渗流构造及渗透性研究

本文论述了拉西瓦水电站石门坝址同位素示踪探测岩体裂隙渗流中，所采用的天然示踪法与人工非示踪法以及其基本原理。天然条件下测定孔中及河水中的温度与电导，人工同位素示踪测定单井中测渗透流速流向、渗透系数及含水层之间的补给关系，注水条件下示踪测定含水层分布，渗透系数及静水头等；以及进行天然流场与人工流场下的多孔连通试验。通过一系列的综合测试研究，查明了坟址岩体的裂隙渗流网络及其渗透性。     

侧向水流作用下均匀沙休止角变化的试验研究

散体沙动水休止角是表征沙丘、沙洲等散体沙堆积体稳定形态的重要特征参数,在岸坡稳定分析、坝前冲刷漏斗形态研究中有着广泛的应用。采用室内试验的方法研究了侧向水流作用下不同粒径天然均匀散体沙水下休止角的变化规律。结果表明:在水流流速超过泥沙颗粒起动流速后,天然散体沙水下休止角随流速增大而减小,且减小的速度随着流速的进一步增加而更加迅速;相同流速条件下,粗颗粒泥沙的水下休止角大于细颗粒,其对流速变化的敏感度也低于细颗粒。基于侧向水流边坡上泥沙颗粒的受力分析,引入相对流速概念,初步建立了侧向水流作用下均匀散体沙动水休止角计算公式及其简化形式。     

高浓度水流流速仪的研制与应用

作为一种复杂的固液两相流动，高浓度水流由于固体颗粒浓度高、颗粒级配宽及流动的可视性差等特点，致使其测流一直成为制约高浓度水流运动机理研究的瓶颈性问题。本文依据毕托管工作原理，通过液压传感方式感应测量高浓度水流动水压力和计算机数据采集处理等方法，成功地研制了新型感压式高浓度水流流速仪，并在室内天然沙与粉煤灰高含度水流试验中得到了应用。该流速仪研制成功为进一步研究高浓度水流流速分布规律、揭示其水流结构与输沙机理创造了有利条件。     

流速与泥沙起动概率关系研究

泥沙的起动概率研究，首先直接利用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；然后运用概率论的思想，建立其与泥沙起动概率的关系；再根据相关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，为泥沙起动的研究提供了一个很好的工具。     

明渠挟沙水流的颗粒相平均速度及速度滑移

基于颗粒相动理学模型所确立的颗粒相基本方程和本构关系，导出了明渠挟沙水流中固液两相平均速度差的表达式，表明相间速度差与两相的垂向脉动强度、脉动切应力、水下重力、剪切升力、颗粒弛豫时间等有关，与两相沿流向脉动强度无关。运用水流速度的窦国仁公式，计算了颗粒相速度的垂线分布，分析了相间速度差的垂线分布特性，结果与试验资料吻合很好。表明相间速度差呈现出水面小、水底大的分布形式；细小颗粒的速度差近似为零，粗重颗粒的速度差明显、在固壁附近存在明显的极大值。     

EXPERIMENTAL STUDY ON VELOCITY PROFILE OF SUBMERGED ABRASIVE SUSPENSION JET FLOW

1. INTRODUCTIONAbrasive Water Jet (AWJ), has been developed the into a remarkable and extensively used cutting technology in last two decades. In recent years, the polymer PAM has generally been applied to jetting fluid to further increase the abrasive ve…     

Sediment rarefaction resuspension and contaminant release under tidal curren- ts

Based on experiment in tidal flume, this paper analyzes the sediment rarefactive phenomenon and hydraulic characteristics of sediment resuspension with different physical properties under the effect of tidal current. According to this experiment, sediment resuspension is related to the hydraulic characteristics of overlying water and its own dry density, namely the moisture content of sediment and deposition time. Generally, river sediment can be classified into the upper layer of floating sludge and lower layer of deposit sediment. Incipient velocity goes higher as the sediment layer goes thicker. Based on the experiment, incipient velocity formula of sediment can be obtained. There is a cohesive force among natural fine sediment whose resuspension is almost irrelevant to their diameters. Therefore, the critical incipient velocity is determined by the cohesive force instead of particle diameter. The lower layer of deposit sediment is generally not so easy to start up. And it will be rarified and release into the overlying water when contacting with overlying water. However, this rarefaction release velocity is gentle and slow. Under the same flow condition, annual loss amount of lower layer deposited sediment is about one fifth of upper layer of floating sediment. Flow velocity of tidal river and variation of the water level are asymmetrical, both of which vary under different tidal cycles. During long tidal cycle, flow velocity and water level change in the same phase and amplitude with tide. During the whole ebb and flow, flow direction does not change as the water level goes under the influence of acceleration and deceleration. As the tide cycle increases, the incipient velocity of sediment goes higher. This means that the long period tide cycle plays buffer effect on the resuspension of sediment, which makes the sediment not so easy both to start up and to suspend.     

冲动式透平平面叶栅内气－固两相流动的试验研究

本文利用高速摄影和图象处理技术真实地再现了平均粒径ｄｐ＝７００μｍ的固体位子流经冲动式透平平面叶栅的瞬间过程，分析了粒子在叶栅内的运动轨迹及其在叶栅内的浓度和速度分布特性。文中还对沿叶栅表面分布的纯气流压力和气相压力进行了测量。结果表明：粒子的尺寸和初始位置对粒子在叶栅内的运动轨迹有很大影响；在粒子与叶片碰撞比较频繁的部位附近，粒子相互聚集，形成粒子聚集区，在此区域内，粒子的浓度比较高，粒子的速度更为复杂；在粒子聚集区附近，气相压力相对纯气流压力的变化值比较大。     

水力提升管道大颗粒运动特性的高速摄影分析

为提高管道水力输送安全性,本文利用高速摄影技术对水力提升系统中大颗粒的运动规律进行了试验研究,观察了颗粒及颗粒群体的运动状态.通过数字图像处理技术,得到了单颗粒的运动轨迹和颗粒群分布规律,同时获得了颗粒轴向速度、径向速度等各种运动参散,并分析了颗粒粒径对其轴向速度的影响.研究发现单颗粒基本上属于螺旋式上升的状态;颗粒群主要集中于管道的中心;颗粒的轴向速度在沿管径的分布类似于抛物线分布,大小基本上与颗粒的粒径成反比;径向速度沿管径基本符合正态分布.     

絮团与颗粒不等速沉降碰撞研究

絮团和单个颗粒的碰撞、粘结规律对于深入理解粘性泥沙不等速沉降引起的絮凝具有重要意义。在暂不考虑絮团与颗粒间相互作用力的条件下,用不同密度球形颗粒近似描述絮团,利用格子Boltzmann方法模拟了不同密度絮团和单个颗粒静水沉降过程,分析了絮团和颗粒相对运动轨迹和碰撞效率。模拟结果表明,絮团和单个颗粒不等速沉降碰撞过程中,当较大粒径的絮团沉降速度快但密度较小时,单个颗粒相对于絮团运动可能形成封闭轨迹,絮团和颗粒间粘结概率几乎为零,絮团很难通过捕捉单个颗粒而形成更大絮团。     

基于DEM的碎屑流运动特性数值模拟

采用颗粒离散元法建立了碎屑流三维数值模型,分别从整体和局部对碎屑流运动特性进行深入分析。结果表明:碎屑流的运动过程可分为启动加速、高速滑动和减速堆积3个阶段;边坡底面平整时,堆积体中大颗粒堆积在表面,而细小颗粒位于中下部位;碎屑流运动速度和能量损失受颗粒间的接触碰撞影响大;碎屑流不同部位运动速度最大值相同,达到速度峰值的时间与颗粒的初始水平位置有关,与深度无关;堆积体分区明显,堆积体中的颗粒按初始水平位置依次排布;坡脚位置堆积深度最大,往两侧逐渐减小;碎屑流在运动初期和末期横向运动明显,扩大了灾害影响范围。     

推移质颗粒平均运动特性的试验研究

采用三维粒子示踪测速技术，通过分别变化示踪粒子的粒径、比重以及水力比降等条件，观测了10种不同水沙条件下推移质颗粒的三维运动，对推移质颗粒的平均运动规律进行了统计分析。研究结果表明，推移质颗粒的纵向速度既不是Einstein假定的11.6u，也不是Bagnold假定的比清水流速小一个ω值。在分析坡降、粒径和比重对推移质平均纵向速度影响的基础上，根据Bagnold和Einstein两种表述方法以及实测资料分别得出推移质纵向平均速度的两个表达式。     

Two-phase velocity measurement in a particle-laden jet

A horizontally discharging jet laden with solid sediment particles is investigated experimentally. The submerged jet discharges water with an initially horizontal direction into stagnant water of the same density but the presence of sediment particles produces jet effluent having a combined density greater than that of the ambient water. A modified particle-imaging velocimetry (PIV) technique is applied to estimate the velocity fields of the solid particle phase and the jet fluid liquid phase. Phase separation is achieved optically between the scattered light signals from the particles and the laser-induced fluorescence signal from the jet fluid dozed with a fluorescent dye. It is found that initial sediment concentrations below 0.1% volume fraction do not cause significant changes to the global properties of the jet flow. In jets of higher initial sediment concentrations, settling of sand particles are observed to drag the jet to spread with a downward-bending mean trajectory. Intensive particle–flow interaction is also observed in jets of high sediment concentrations.     

恒定流中泥沙运动速度实验

泥沙颗粒运动速度与水流运动速度是不一致的,进而会对水流输沙和河床演变产生影响。通过采用粒子追踪测速方法(Particle Tracking Velocimetry-PTV)和粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry-PIV)测量了水槽中2种粒径的泥沙颗粒运动速度及相应的水流运动速度。实验结果表明,泥沙颗粒运动速度沿垂线分布与水流速度不一致,在对数区,泥沙颗粒的运动速度略小于水流的速度,泥沙运动滞后于水流运动;在近壁区,泥沙颗粒的运动速度大于水流速度,且在本实验的粒径范围内,随着泥沙颗粒粒径增大,泥沙颗粒的运动速度也随之增大。