基于复式断面河道水力特性的分区 防护设计研究

本文建立三维紊流数学模型，通过算例验证了其合理性。根据复式断面河道水力特性计算结果，从流速梯度和紊动能等方面分析了河道横向各区域水流冲刷特性。研究表明各区壁面附近冲刷强度存在明显差异，指出复式断面河道内，受主流影响较大的河道主槽区域和坡坎拐角等壁面区域是重点防护区域，进而提出复式断面河道分区防护的观点。     

冰盖下典型复式断面河道水深平均流速的横向分布

开展冰盖下典型复式断面河道水深平均流速的横向分布规律研究,对于凌汛防治具有重要意义。本文在SKM法的基础上,结合双层假设理论,并将二次流项并入雷诺切应力项,建立了考虑河床摩擦、冰盖阻力、横向剪切湍流和二次流影响的准二维数学模型。与相应的物理模型实验结果对比发现,所提出的准二维数学模型能够合理预测复式断面河道各断面的水深平均流速横向分布及河道过流量。本文提出的数学模型,无需通过计算机编程联立求解复杂方程组,即可获得水深平均流速的横向分布特征,对研究具有复式断面的覆冰河道的水流特征具有一定的指导意义。     

感潮河段弯道水流的水力特性

网走湖水质主要为生物化学污染。论文利用声学多普勒流速剖面仪(ADCP)和咸水温度及深度测量仪(STD),于1996年的4月和8月在该湖出口下游河道的一个180°弯道处分别对三维流速场和咸淡异重流进行了原型观测。结果表明:在4月的融雪季节,从湖里流出的淡水主要为由上游流向下游的单向水流流动,且其流速u为矩形分布,量值与潮位有关;环流流速v与u值密切相关,下层流向指向凹岸。在8月的春潮季节,主要为上淡下咸且主流流向不同的成层异重流流动,且u的分布及流速梯度随着流向的不同而不同。经过观测数据与计算值的比较表明:融雪季节观测的主流和环流流速分布与理论计算值十分接近;春潮季节观测的环流流速表现为:(1)上、下层中的环流方向相反;(2)除过渡流外,环流强度与理论计算值较为接近。含盐度分布特征也因水流条件的不同而不同。     

复式断面交汇水流滩槽交界水流特性试验研究

通过在室内自制水槽模型内布置网格,利用先进的声波多普勒流速仪（ADV）测取网格内各点流速。再把各点的流速数据输入软件,通过做切片云图和分析流速数据的方法,研究复式交汇河道滩槽交界水流流态及某一特征断面的剪应力分布。结果表明：滩槽交界附近存在一个流速间断面,在这个区域水流所受阻力较大;复式河道断面的平均流速与剪切应力呈线性关系。     

宽浅型复式河道断面测验整编方法探讨

对平凉水文站河道断面变化为复式断面后的1999年水文资料进行了整编分析,得出一种比较可行的方法,解决了该站整编的难题。     

水深及滩地糙率对复式断面河道过流能力的影响

水深、滩地糙率是具有单、双槽复式断面河道过流能力的重要影响因素。采用数学模型计算并分析不同水深及滩地糙率情况下,概化的顺直型复式断面河道的过流能力,结果表明:当滩地水深与滩地高度之比增大时,滩地流量分配比随之增大,但增大的趋势越来越弱。随着滩地水深与滩地高度之比增大,河道水力坡降降低,在滩地水深与滩地高度之比小于0.4时,增大滩地水深与滩地高度之比对于减小水面比降效果明显。随着滩地糙率的增大,滩地流量分配比迅速减小,两者呈线性相关。     

明渠水力最佳断面的极值特性探讨

定床渠道是指渠道边界固定,即：渠道中水流是清水且渠道边界物质的起动流速大于渠道中水流流速或人工衬砌的渠道。关于定床渠道的水力设计一般采用水力最优断面及在此基础上改进得到的实用经济断面。结合水力最优断面的定义、水流运动方程（即阻力方程）和水流连续性方程,可以得到水力最优断面的水力设计参数。     

天然河道水流紊动特性分析

本文采用超声多普勒三向流速仪对不同流量级的条件下长江干流黄陵庙水文观测断面不同垂线的脉动流速进行了观测。根据现场观测资料,对水流的紊动周期、频率、概率密度函数等进行了定量的数学描述,并对时均流速、紊动强度、雷诺应力等沿垂线的分布规律进行了分析计算。结果表明,脉动流速的概率分布在充分发展的自由紊流区近似为正态分布,在近壁强剪切紊流区为偏态分布;各垂线紊动强度在相对水深大于0．4的范围内比较均匀,在接近河底处升高,达到最大值后迅速减小,至河底为零。     

圆形断面排水管道水力特性探讨

圆形断面管道在工程中的应用十分广泛。排水管道设计中,常需要计算某一充满度下非满流的流量及流速。根据水动力学基本原理及数学分析方法,提出了充满度与流量比、流速比的统一解析表达式,并对圆形断面管道流独特的水力特性进行了研究分析。采用试验手段,进一步对圆形断面管道无压均匀流流量—充满度的非单一性、水深—流速关系进行了分析研究,进而提出了更为合理的表达式。     

滩槽复式断面水流特性的试验研究

采用水槽试验研究复式断面水流流速的横向分布特征、边界剪切应力变化规律以及水力参数对断面过流能力的影响，并得出了滩槽流量分配计算式。     

复式断面河流洪水的水流特性

本文描述了复式断面河流洪水的水流特性，并用流体力学的基本理论加以论证。在各国学者对复式断面洪水研究成果的基础上，建立了亲的能量耗散的理论模型。     

弯曲复式河道水流特性数值模拟研究

为了解二维、三维模型在弯曲复式河道水流数值模拟中的应用情况,利用物理模型试验数据验证二维模型的计算结果,并对断面水面线进行了分析。可以看出,二维数模不适用于弯道水流的局部模拟,而适用于宏观水流流动的模拟。采用三维模型分析了弯曲复式河道中的二次流现象,结果表明,三维数模对于弯道水流的二次流、垂线流速分布模拟效果比较理想,可以得到弯曲河道水流运动的基本规律。     

植被作用下的复式河槽漫滩水流紊动特性

分别选取塑料吸管、鸭毛和塑料大草模拟乔木、灌木和野草,通过水槽试验,探讨了不同滩地植物作用下的浸滩水流紊动特性。试验结果表明,纵向、横向和垂向三个方向的脉动流速基本满足正态分布;时均流速与采样时间的长短有关;横向动量交换比垂向动量交换大,横向动量基本上是主槽向滩地传递;不同的滩地植物对水流的紊动强度的影响不同。滩地种植植物后,水流的紊动强度增强。纵向和垂向的紊动强度相当,都服从S型分布。     

明渠岸边侧向45o取水口的水力特性试验研究

利用单点三维流速测量仪(ADV)对顺直明渠岸边侧向45°取水口的近区水域进行了三维流速测量。以分流流速比η为主要参数,分析了取水口近区水域的水力特性,包括取水分流宽度、分槽回流特性及口门断面紊动特性等。将本文的部分试验结果与90°取水口的结果进行了对比,结果表明45°取水口附近的水流更加平顺,口门断面处的流速分布更加均匀,分槽内净进流宽度更大。     

Numerical investigation of flow through vegetated multi-stage compound channel

This paper addresses the problem of the renormalization group k turbulence modeling of a vegetated multi-stage compound channel. Results from Micro acoustic Doppler velocimeter（ADV） tests are used with time and spatial averaging（doubleaveraging method） in the analysis of the flow field and the characterization. Comparisons of the mean velocity, the Reynolds stress, and the turbulent energy distribution show the validity of the computational method. The mean velocity profile sees an obvious deceleration in the terraces because of vegetation. Secondary flow exists mainly at the junction of the main channel and the vegetation region on the first terrace. The bed shear stress in the main channel is much greater than that in the terraces. The difference of the bed shear stress between two terraces is insignificant, and the presence of vegetation can effectively reduce the bed shear stress.     

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。     

连续弯道水流特性的试验研究

对正弦派生曲线生成的连续弯曲型河道开展试验,采用日本ACM2-RS型X-Y方向2轴电磁流速计对水流流速进行了测量,并对水流特性进行了分析。结果表明:连续弯曲河道纵向时均流速在弯顶处靠近凸岸处较大,而凹岸处较小,且沿河宽的分布沿程是变化发展的;弯顶水流纵向时均流速分布接近抛物线型,最大流速点位于上部水面以下,整体上大下小,而顺直过渡段水流纵向时均流速分布最大流速点位于底部,整体上小下大;连续弯曲河道水流阻力系数随着过水断面平均水深的增大而增大,随着过水断面宽深比的增大而减小。     

明渠交汇口水流及污染物输移数值计算

针对明渠交汇口流动特性应用深度平均H-L紊流模型和污染物传输方程建立了明渠交汇口水流流动及污染物输移模型；采用有限体积法离散格式及交错网格上的水深-速度校正算法进行了数值计算并应用实测资料对数值模型进行了验证。计算结果与实测资料吻合较好，表明所提出的模型能较好的预测交汇口水流分离区及污染混合区形状及大小。     

一种新型异形椭圆无压隧洞断面的水力学分析

基于河流中心稳定点源条件下保守物质等浓度线方程,定义了一种新型Wu’s二参数曲线(异形椭圆)作为隧洞断面内轮廓线,该曲线是由隧洞断面最大高度H和最大宽度W表征的一条完整连续与导数光滑曲线。以压缩系数θ=W/H为判据,给出了H型、标准型和W型异形椭圆的形状分类;推导了异形椭圆无压隧洞断面的水面宽度、过水断面面积、湿周、水力半径等水力要素的理论计算公式;给出的异形椭圆断面流速比和流量比的理论计算公式及曲线适用于不同规格的断面尺寸、压缩系数、糙率和比降。实例分析表明,等效异形椭圆与马蹄形Ⅱ型(带倒角)无压隧洞断面的水力要素特征值吻合程度高;异形椭圆断面可作为一种新型的输水隧洞断面形式,极具学术研究价值。