高低含沙水流流速分布的统一规律

作为自然界中普遍存在的一种典型的固液两相流，挟沙水流流速分布具有与清水不同的变化规律。本文明确挟沙紊流(无流核)为研究对象，通过天然沙挟沙水流流速试验，首先分析紊动状态下高、低含沙水流流速分布特点；在此基础上，通过引入同时反映含沙量和颗粒级配影响的相对黏度指标，分析高、低含沙紊流的卡门常数κ统一规律及其表达式，由此将高、低含沙水流流速分布统一于卡尔曼-勃兰德尔对数流速分布公式上，并应用室内粉煤灰等试验资料分别验证了卡门常数κ及卡尔曼-勃兰德尔对数流速分布公式的合理性和可靠性；本项研究成果对进一步揭示高、低含沙水流的水流结构与输沙机理以及对河道整治规划设计具有重要的现实意义。     

多沙河流水流输沙能力的研究

河道中出现的高含沙量水流绝大部分属于非均质两相水流，和低含沙水流一样，同样存在水流挟沙力问题.但由于高含沙水流性质的改变，其挟沙能力关系式与低含沙水流存在着较大的差别.本文分析了国内应用最为广泛的水流挟沙力关系式所存在的一些问题，提出了以水流紊动支持泥沙悬移为基础的水流挟沙力公式，并通过水槽输沙试验得到了含沙量较高(S>40kg/m3)时的一种新型挟沙力公式.该公式通过黄河下游、洛惠渠等实测资料的验证，结果令人满意，可应用于计算不同河槽形态的河道输沙能力，水流阻力.     

挟沙水流流速的垂线分布公式

流速分布规律的研究是揭示一般水流和高含沙水流动性的关键。本文在回顾以往研究成就的基础上，开展了理论及实验研究。以提出的紊流涡团模式为基础，得出了挟沙紊流速分布的公，大量实测资料的检验结果表明，该公式能较真空地描述出一般挟沙水流及高含沙紊流的流速分布变化规律，具有较大的使用价值。     

近底高含沙量流层对水流及泥沙运动影响的初步探討

本文根据三组水槽试验资料,初步探讨了近底高含沙量流层对流速分布、紊动特性等的影响,以及在此条件下的含沙量分布规律.近底高含沙量流层的存在,改变了时均流速的分布.在主流区实测范围內,流速分布继续遵循对数定律,但公式中的卡门常数减小,亦即流速分布趋于不均匀.在近底流区內具有明显的密度梯度,其流速分布可用式(13)来描述.挟沙水流中的含沙量梯度有使紊动減弱的作用.在高含沙量条件下,含沙量沿垂线分布具有公式(29)的形式.     

基于两相流模式的水流挟沙力研究

水流挟沙力是泥沙研究中一个重要课题,是指在一定水流和边界条件下单位水体能够输移的饱和含沙量。当水流挟带的泥沙量与挟沙能力匹配时,河床不冲不淤;当水流挟带泥沙量与挟沙能力不匹配时,水中泥沙将与河床泥沙发生动态交换,床面淤积或冲刷,对河流床面高程产生影响。作者从考虑悬移质含沙浓度的水沙两相流基本方程出发,导出两相流瞬时能量方程并由此建立新型水流挟沙力公式,收集水流挟沙力水槽试验资料对公式中的系数进行率定。采用另外一些水槽试验资料及河流观测资料对所推求挟沙力公式进行验证,结果表明本文建立的水流挟沙力公式对低含沙水流有较高的适用性。     

高含沙紊流的阻力及其输沙特性

含有一定粘性泥沙的高含沙水流,由层流发展到紊流时,流体中粘性泥沙间的网状结构逐渐破坏,流核逐渐消失,流型将由宾汉流体转变为牛顿流体。本文的第一部分分析了流型转化过程中阻力变化特性,并在各个流区与同条件(流速及水力半径相同)清水的阻力作了对比,本文的第二部分根据能量转换原理,对高含沙水流的输沙特性进行了探讨,指出在紊流区高含沙水流与一般挟沙水流一样都服从统一的挟沙能力规律,可用同一个表达式,只是公式的系数是粘性泥沙含量及水流雷诺数的函数,泥沙沉速是含沙量的函数。     

挟沙水流幂律湍流模式研究

围绕如何描述挟沙水流湍流特性和确定湍流模式这一工程设计所关心的问题,建立了一种合理实用的挟沙水流湍流特性表达式。通过湍流理论分析和挟沙水流湍流特性试验,构建了与浑水含沙浓度相关的一种非牛顿切应力型湍流模式——幂律湍流模式,进而求解雷诺方程得到挟沙水流的流速分布,回归分析挟沙水流湍流特性试验数据,率定流速分布表达式参数,从而确定挟沙水流幂律湍流模式参数。     

多沙河流挟沙力研究

本文依据黄河中下游干支流14个水文站的实测资料,吸收了近年来高含沙水流的研究成果,用多元回归的方法建立了悬移质水流挟沙力的计算公式,公式将高含沙水流和一般含沙水流的挟沙力计算统一起来,并对多沙河流的挟沙机理做了初步分析,反映了泥沙级配、河道形态、来水含沙量等因素对水流挟沙力的影响,对采用的436组微冲微淤或相对平衡资料的验证表明,其总体相关系数γ=0.98,标准差δ=0.31,计算结果与实测资料符合较好,     

多沙河流挟沙力研究

本文依据黄河中下游干支流１４个水文站的实测资料，吸收了近年来高含沙水流的研究成果，用多元回归的方法建立了悬移质水流挟沙力的计算公式。公式将高含沙水流和一般含沙水流的挟沙力计算统一起来，并对多沙河流的挟沙机理做了初步分析，反映了泥沙级配、河道形态、来水含沙量等因素对水流挟沙力的影响。对采用的４３６组微冲微淤或相对平衡资料的验证表明，其总体相关系数ｒ＝０．９８，标准差σ＝０．３１，计算结果与实测资料符     

非均均沙水流挟沙力公式的初步研究

本文以“制紊假说”为理论基础，从能量平衡出发，考虑了浑水相对粘滞性、上游来水来沙条件及床沙级配等因素对水流挟沙力的不同影响，建立新的非均匀沙分组水流挟沙力公式。收集天然河道实测水文资料对公式中的系数进行率定，并验证所建立的公式，结果表明，使用本文建立的非均匀沙流挟沙力计算公式。能计算一般含沙量及高含沙水流的挟抄能力，准确性较高。     

明渠水流挟沙能力初步研究

本文根据Γ.И.巴连布拉特的挟沙水流能量平衡方程,引进浑水紊动阻力系数的表达式后,导得了水流挟沙能力公式的结构式。公式中的系数K,一般均假定为常数,作者根据水流含沙后紊动程度即降低这一事实,假定此系数是含沙量的函数,然后根据实测资料得出此系数的具体表达式(8)。收集了长江、黄河等中外水流挟沙能力资料对公式(9)进行了检验,结果表明与实际尚属符合,可供有关部门参考采用。     

高含沙水流的试验研究

本文介绍了高含沙管流紊流特性的试验研究成果。根据低含沙水流的试验结果建立了悬沙浓度分布与脉动速度垂直分量的关系。根据高含沙水流的试验结果建立了颗粒浓度对液体脉动特性的影响的关系。结合经验关系式,积分水流中悬移固相的连续方程式,导出计算水平管流中沿水深含沙量分布公式,这个公式对含沙浓度从零到最大值整个范围都适用。     

水流挟沙力双值关系研究

根据沙玉清教授挟沙力为双值关系的论点，在分析研究实验室及野外原型观测资料的基础上，对沙玉清的挟动比速公式含沙量影响的校正，得出了临界淤积、临界冲嵋两个挟沙力公式，公式既能用于一般挟沙水流的冲淤问题，又能用于高含沙水流的冲淤问题，尤其是较好地描述了黄河下游清水冲刷呈现的难点，物理概念明确，物理图形清晰，经黄河实测资料验证，公式有良好的适用性。     

杨国录水流挟沙力公式验证及看法

本文对杨国录分组水流挟沙力公式的合理性进行了分析,利用黄河下游2380组实测资料,对公式中的某些重要参数进行了率定,并进行了验证计算,结果表明:该公式综合考虑了各种水力因子对水流挟沙能力的影响,能较好的反映一般含沙量及高含沙水流的输沙能力,且分组水流挟沙力也比较符合黄河的实际情况。     

黄河下游低含沙水流挟沙力研究

冲积河流在低含沙水流冲刷后，床面粗化使水流挟沙能力下降现象十分明显。三门峡水库蓄清排浑运用后，黄河下游河道汛期淤积、非汛期冲刷，同样由于断面展宽，床面粗化及悬沙组成也变粗，使得水流挟沙力急剧下降。因此讨论低含沙水流冲刷条件下的水流挟沙力是评估水库下泄大流量冲刷下游河道效果的关键问题。通过试验及野外资料提出的低含沙水流挟沙力公式，它形式简单，与已有公式不同的是，它反映了河道边界条件(即坡降、床沙粗细及断面形态)及泥沙特性对挟沙力的影响。经黄河下游实测资料验证满意，可用以定量估算下游大流量低含沙量时冲刷的减淤作用及艾山-利津河段不淤(或微冲)需要的临界流量。     

两相非均质流输沙平衡关系及挟沙力研究

对非均质流挟沙力研究现状分析表明,目前悬移质水流挟沙力公式存在的问题:一是未能正确反映水流势能转化为动能过程中必须考虑的阻力因子;二是未能正确处理泥沙颗粒的非均匀性特点;三是未能正确计算悬液黏度对颗粒沉速的影响。本文基于大量室内平衡输沙试验及野外河渠准平衡输沙观测资料,建立了非均匀沙悬移质输沙平衡关系,得到了新的适用于各级含沙量的非均匀沙悬移质挟沙力公式。进而根据建立的输沙平衡关系,得到了挟沙水流的不淤流速及阻力坡降关系,可用于河道治理及渠系设计。     

水流挟沙能力公式的转化与统一

本文首先基于悬移质运动效率系数等泥沙悬浮能耗的概念建立了水流挟沙能力统一结构式公式;然后对前人众多的水流挟沙能力公式进行分类、归纳为含沙量型与输沙率型两种主要形式,并通过进一步的推导转化,可将现行的主要挟沙能力公式统一于结构公式中,表明统一结构公式具有良好的通用性与实用性。文中最后应用黄河、长江等大量的天然实测资料对张红武等4家同时能适应于高、低含沙水流挟沙力公式的可靠性进行验证分析,结果表明张红武和作者公式的计算精度比较符合实际,建议在实际工作中加以应用。     

U型渠道挟沙水流流速分布规律研究

研究U型渠道中的挟沙水流流速分布规律对于提高北方农田的灌溉效率具有重要意义。本文通过室内试验,探索U型渠道挟沙水流流速的分布规律。首先对U型渠道挟沙水流流区的基本划分进行了阐述,然后从垂线流速分布和横向流速分布等两个方面重点分析了含沙量变化对流速分布产生的影响。     

明渠含沙水流的垂线流速分布特性研究

 为了进一步研究明渠中含沙水流的垂线流速分布规律,在水槽系统中对明渠恒定均匀含沙水流进行了系列试验,利用实测流速资料,计算分析了时均流速的垂线分布。结果表明：在宽深比比较小的明渠中对最大流速点修正的对数公式可以很好地符合实测数据;水槽中心位置的卡门常数要比其边壁附近的小;卡门常数随着含沙量的增加而减小。通过对明渠含沙水流垂线流速分布特性的研究,增强了对明渠含沙水流垂线流速分布规律的认识。     

天然河道水流挟沙能力研究

天然河道水流挟沙能力的确定对于利用数学模型来模拟泥沙运动和河床变形具有重要意义。本文在收集大量天然河流实测资料的基础上,对长江、汉江、塔里木河干流、黄河以及三门峡水库的水流挟沙能力进行了分析研究,选定了既适合于低含沙河流也适用于高含沙河流水流挟沙能力的计算公式,探讨了确定挟沙能力系数和指数的方法,避免了利用数学模型计算时系数取值的不确定性,提高了数学模型应用于不同天然河流的适应能力。研究表明,韩其为的高低含沙量统一的挟沙能力公式可以适用于各种不同的天然河流,系数取值稳定,且容易确定。