非牛顿体固液两相流的试验研究

非牛顿流体中固体颗粒的运动可分为推移质、悬移质和中性悬浮质运动.颗粒在非牛顿流体中的沉速显著小于清水中的,这反映了非牛顿流体中颗粒运动的阻力系数显著增大.非牛顿体明渠流中一般推移质运动适合拜格诺公式,但比水流中的推移质运动更容易发展成层移质运动,此时输沙率比拜格诺公式的值大.当非牛顿体流动转为层流时,表层流速加快而挟带的推移质显著减少. 与水流相比,非牛顿流体的悬移质挟沙力大得多,但冲刷率在小流量时较小,大流量时则大得多.大流量非牛顿流体明渠流中常发生严重冲刷,在一定条件下可能发生“揭河底”冲刷.试验中复演了这一特殊的冲刷现象.     

非牛顿流体流动的稳定性参数Y及其应用

本文采用涡旋模型分析了紊流产生的机理,提出了一个新的稳定性参数Y,并且研究了幂律流体在圆管中流动状态的转变。理论分析与实验数据的比较表明:用稳定性参数Y来判别非牛顿流体的流动状态,可以取得令人满意的结果。     

不同拟合方法推求城市暴雨强度公式研究

以推求城市最优暴雨强度公式为目的,选取某市以年最大值法选样10个历时的30年降雨资料,分别采用皮尔逊Ⅲ型分布曲线、耿贝尔分布曲线和指数分布曲线对其进行理论频率分析。确定"重现期-暴雨强度-降雨历时"的关系,通过采用高斯-牛顿、遗传算法和拟牛顿算法分别推求单一重现期暴雨强度公式、规范型总公式和变参型总公式。按照"公式编制精度以满足规范为前提,兼顾型式统一、应用方便"的原则,根据推求暴雨强度公式过程的误差结果分析,推荐使用由指数高斯-牛顿拟合的规范型总公式。     

高含沙水流二维数值模拟

一定条件下的高含沙水流具有非牛顿体特性，在天然多沙河流中由于地形分布等因素的影响。流动强度差异较大，往往呈现非牛顿体和牛顿体两种不同的流动特性，本文通过引进水流在不同流动状态下的特征，通过数值实验计算对模型进行了初步检验，计算结果与实际观测到的一些现象定性上完全吻合。     

圆管内 Herschel-Bulkely 液体层流螺旋流及稳定性

研究了倾斜放置的圆管内Herschel Bulkely液体螺旋流流动规律和流动状态判别准则,提出了新的理论和研究方法。建立了流场视粘度函数、速度函数的解析解;给出了流量、压降计算公式。得出了视粘度、流量、压降与圆管转速无关的结论。利用Hanks局部稳定性理论,建立了新的判别流动稳定性的参数H的表达式及流动状态发生转变的临界稳定性参数值Hmax=404。分析了流场稳定性参数的分布规律,给出了保证螺旋流场稳定性的最大圆管转速Ωmax计算方法,并提出了用Ωmax和Hmax联合判别流动稳定性的方法。     

基于牛顿法的梯形明渠临界水深直接算法

依据牛顿算法及渐近解分析，本文提出了一种梯形明渠临界流方程的直接算法。由该方法所构造的临界水深近似公式结构简明，精度较高，计算经济，便于工程实际应用，在区间(0，∞)上的最大相对误差绝对值达10^-10。     

二平行流之间幂率流体层流剪切流动的数学模型

非牛顿流体的平行剪切流动是一种在自然界和工程实践中常见的流动。本文应用流体力学和非牛顿流体力学理论，利用Ｐｒａｎｄｔｌ边界层方程，在未作任何其它假设的情况下，得出了幂率流体平行剪切层流流动时的相似变量，给出了两充体指数ｎ相同时的常微分方程和定解条件。     

非牛顿流体在环形空间中轴向层流的精确解

本文以流体的运动微分方程为基础,研究了工程上常见的两种非牛顿流体——幂律流体及宾汉流体在环形空间中轴向层流的流动规律,得到了其速度场、平均速度及压力梯度的精确解,定量地分析了关于环形空间中流动对称性假设的适应性及误差。     

超稠油水在倾斜管路中两相流动的研究

通过实验研究了超稠油(在20°C下,密度为860 kg/m3,黏度为1680mPa.s)、水两相在45°倾斜管中流动的流型和两相压降变化规律.倾斜实验段管线由内径50 mm的透明有机玻璃管组成,向上倾斜管段长为4.5 m.通过实验给出了不同入口条件下实验管段的流型图和两相压降图.结果表明:超稠油水两相在管道中流动流型与低黏度比下的流型具有一定的差异,特别在低入口水相流量下,管道内出现了壁面附着一层油膜而管内部为油水相互掺混流动的流型;油水两相压降随着入口含油率的增加而增加,但在较高入口含油率区域,两相压降出现了一个峰值和峰谷的演变过程.     

乳化剂添加对气液垂直管流中压降影响的研究

在石油工业真实管路流动中,几乎都伴有乳化剂的添加。然而由于气液两相流动的复杂特性,考虑乳化剂对立管系统气液两相垂直管流压降影响规律的研究工作,仍十分有限。该文通过理论分析与实验研究相结合的手段,对伴有乳化剂添加的气液垂直管流流动特性和压降特征进行探讨。理论推导部分基于发展的漂移流模型,给出了气体上升聚并过程的物理解释。流动实验部分采用内径为25 mm的有机玻璃管作为实验管路,垂直管段长度为3 000 mm。乳化剂选用工业上常用的十二烷基苯磺酸钠,并在动态实验前进行了物性参数测定,给出了乳化剂对液相介质的影响规律。基于实验结果给出了流动参数间的无量纲关系,并发现乳化剂的添加可以促进流动更加趋于稳定。此外,还对流动过程中的流动形态、持液率、压降特性等进行了探讨,其结果可为今后研究工作提供参考。     

水库水位非均匀下降情况下库岸浸润线求解

以往计算库区边坡浸润线大都是基于库水的均匀下降。当库水位较高时,随着泄水时间的增加,泄水口水压将不断减小,下泄流量和库水变幅速度都会非均匀变化,此时再以库水均匀下降来计算得到的浸润线必然会存在误差。为此,首先建立库水位下降高度和时间的函数关系,再根据布西涅斯克非稳定渗流微分方程和一定假设条件,应用拉普拉斯正变换和逆变换,得到了考虑库水非均匀下降条件下的坡体内浸润线的简化计算公式。通过算例分析了下降时间和初始速度对浸润线的影响,结果表明下降时间对浸润线的影响比较显著。     

一类非牛顿流体非线性渗流的压力波解析求解方法及波形分析

一类非牛顿流体渗流的视粘度依赖于压力梯度，且在不同的压力梯度区间内变化规律不同。其具有既不同于牛顿流体渗流，也不同于幂律流体渗流和宾汉流体渗流的非线性渗流特征。建立了该流体在多孔介质内部渗流的数学模型并利用行波法推导出了压力波的解析解。通过一系列算例分析了渗流方程控制参数对压力波形的影响，对比了该类流体与牛顿流体渗流的压力波差异。     

承压含水层中非达西径向稳定流动抽水模拟实验

为分析抽水井附近水流的非达西流动，本文采用装填均质河砂的扇形密闭水槽模拟承压含水层，开展了外边界水头恒定条件下的定流量抽水实验。通过安装在扇形水槽侧壁的压力传感器测量压力水头，得到了水流稳定流动时的水头降深曲线。通过比较实测水头降深与达西流动理论水头降深，以及比较相邻两压力传感器之间的平均水力梯度与相同流速下的达西水力梯度，进行了非达西流动的判别，比较结果发现本实验条件下存在明显的非达西流动现象。同时，应用基于Izbash方程的非达西稳定流动水头降深解析解，对不同流量下的实验数据进行了拟合分析，研究发现抽水流量对非达西稳定流动的Izbash方程系数值影响较小。通过不同平均方法获得了描述本实验中非达西流动的Izbash方程系数的适宜取值为k=7.17×10-7，n=1.65，此时不同抽水流量下拟合水头降深曲线与实测水头降深曲线吻合良好。这说明基于Izbash方程的非达西稳定流动水头降深解析解可较好地描述抽水井附近的非达西径向稳定流动。     

Numerical analysis of rapid drawdown:Applications in real cases

In this study, rapid drawdown scenarios were analyzed by means of numerical examples as well as modeling of real cases with in situ measurements. The aim of the study was to evaluate different approaches available for calculating pore water pressure distributions during and after a drawdown. To do that, a single slope subjected to a drawdown was first analyzed under different calculation alternatives, and numerical results were discussed. Simple methods, such as undrained analysis and pure flow analysis, implicitly assuming a rigid soil skeleton, lead to significant errors in pore water pressure distributions when compared with coupled flow-deformation analysis. A similar analysis was performed for the upstream slope of the Glen Shira Dam, Scotland, and numerical results were compared with field measurements during a controlled drawdown. Field records indicate that classical undrained calculations are conservative but unrealistic. Then, a recent case of a major landslide triggered by a rapid drawdown in a reservoir was interpreted. A key aspect of the case was the correct characterization of permeability of a representative soil profile. This was achieved by combining laboratory test results and a back analysis of pore water pressure time records during a period of reservoir water level fluctuations. The results highlight the difficulty of predicting whether the pore water pressure is overestimated or underestimated when using simplified approaches, and it is concluded that predicting the pore water pressure distribution in a slope after a rapid drawdown requires a coupled flow-deformation analysis in saturated and unsaturated porous media.     

堤岸退水速度判别指标的试验研究

通过高水位长时间持续作用下不同退水速度的大型室内模型试验，观测不同退水过程的坡体内固定测点的水头变化过程，研究了坡体内孔压消散过程。研究表明，坡体内孔压消散指标和降速评价指标呈对数逻辑增长型函数关系，并得到了背水侧有补给源条件下均质土堤的退水速度判别指标界限值，同时，根据逻辑增长型函数特点得到一种求解退水速度判别指标界限值的简化方法。借助于非稳定渗流有限元分析，研究了多种因素对退水速度判别指标界限值的影响。研究表明，退水速度判别指标界限值的对数值与水位降幅和补给源水位之间呈现很好的平行线性关系，并且可以通过正交试验分析得到三者之间的经验关系式。     

承压含水层中非达西径向稳定流动抽水模拟试验

为分析抽水井附近水流的非达西流动,采用装填均质河砂的扇形密闭水槽模拟承压含水层,开展了外边界水头恒定条件下的定流量抽水试验,获得到了水流稳定流动时的水头降深曲线。通过比较试测水头降深与达西流动理论水头降深,以及比较相邻两压力传感器之间的平均水力梯度与相同流速下的达西水力梯度,进行了非达西流动的判别,比较结果发现本试验条件下存在明显的非达西流动现象。同时,应用基于Izbash方程的非达西稳定流动水头降深解析解,对不同流量下的试验数据进行了拟合分析,发现抽水流量对非达西稳定流动的Izbash方程系数值影响较小。通过不同平均方法获得了描述本试验中非达西流动的Izbash方程系数的适宜取值为k=7.17×10-7,n=1.65,此时不同抽水流量下拟合水头降深曲线与试测水头降深曲线吻合良好,表明基于Izbash方程的非达西稳定流动水头降深解析解可较好地描述抽水井附近的非达西径向稳定流动。     

库水位骤降条件下均质土石坝渗流稳定分析

本文基于Van Genuchten非饱和渗流模型综合分析了土石坝饱和一非饱和渗流,以工程实际为例,研究了水位骤降工况下土石坝渗流稳定问题.结果表明:库水位骤降工况下,上游水位的变化对坝体渗流量的影响较大;库水位急剧降落易使浸润线形成逆向渗流形态,并造成土石坝坝坡稳定性的降低,但是当孔隙水压力消散时间足够长时,上游坝坡稳定性有一定程度的提高.     

UNSTEADY FLOW OF NON-NEWTONIAN VISCO-ELASTIC FLUID IN DUAL-POROSITY MEDIA WITH THE FRACTIONAL DERIVATIVE

The fractional order derivative was introduced to the seepage flow research to establish the relaxation models of non-Newtonian viscoelastic fluids in dual porous media. The flow characteristics of non-Newtonian viscoelastic fluids through a dual porous medium were studied by using the Hankel transform, the discrete Laplace transform of sequential fractional derivatives and the generalized Mittag-Leffler function. Exact solutions were obtained for arbitrary fractional order derivative. The long-time and short-time asymptotic solutions for an infinite formation were also resulted. The pressure transient behavior of non-Newtonian viscoelastic fluids flow through an infinite dual porous media was studied by using Stehfest's inversion method of the numerical Laplace transform. It shows that the characteristics of the fluid flow are appreciably affected by the order of the fractional derivative.     

承压含水层中扩展井附近非达西流数值解

本文采用数值差分方法得到了承压含水层中扩展井附近非达西流情况下的数值解,并假设非达西流可以用Forchheimer定律描述,同时考虑了裂隙储水效应的影响,采用无量纲变量分析了主裂隙以及含水层中的水位降深规律,并将数值解与Boltzmann变换得到的解析解进行了比较。研究结果表明,Boltzmann变换所得到的解析解在整个抽水时期都会高估水位降深,在考虑裂隙储水效应后,抽水初期不同的无量纲紊动因子βD的水位降深曲线互相重合,且在双对数坐标下表现为直线;含水层中的水位降深在抽水初期随βD增大而减小,在抽水后期随βD增大而增大。     

TRANSIENT FLOW DRAINAGE EQUATIONS CONSIDERING BOTH DELAYED GRAVITY RESPONSE AND EVAPORATION FROM WATER TABLE

The drainable porosity is one of the important parameters in the unsteady drainage formulas. Due to delayed gravity response the drainable porosity is a function of the rate of drawdown and the depth of water table. The evaporation from groundwater plays an important role in lowering water table, in drainage design formulas it should be taken into account. Drainage equations considering evaporation from groundwater varying with water table depth and evaporation from water surface and involving constant drain-able porosity have been proposed by many authors. In this paper new formulas considering both delayed gravity yield and evaporation as a function of water table depth are developed and verified by experimental data.