球体在静水中的沉降规律及其在天然泥沙中的运用

本文分析了球体在静水中沉降时,阻力系数随雷诺数变化的规律,从而提出了球体在静水中的沉速公式。文章的第五部分分析了天然泥沙形状对沉速的影响,并建立了形状系数对阻力系数影响的关系式,在球体沉速公式的基础上,得出了天然泥沙的沉速公式。     

扁球体泥沙颗粒沉降的三维格子Boltzmann模型

应用格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)模拟扁球体单颗粒沉降,并引入大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)描述较大颗粒沉降引起的尾流紊动,建立了扁球状泥沙颗粒沉降的三维数值模型。利用该模型对不同雷诺数下(1～7 580)扁球体泥沙颗粒的静水沉降进行了验证模拟。数值模拟结果与已有试验数据相比较,在泥沙颗粒沉降轨迹、沉降速度和阻力系数等方面有较好的一致性。     

非球形风沙粒子的低雷诺数绕流阻力特性研究

采用有限体积法计算了均匀来流条件下圆柱体和正四面体颗粒的低雷诺数三维绕流流场,得到了颗粒在不刚来流方向下的速度分布、压力分布,分析了其阻力特性.结果表明,非球型颗粒的在风场中的绕流阻力大小受来流方向的影响明显,在特定方向阻力最大,这与绕流后的剪切层结构有关.通过比较发现,以往非球型颗粒阻力经验公式给出的只是单一来流方向时的阻力值,而非平均值.根据计算结果给出了新的拟合非球体阻力系数计算公式,可以更准确地估算非球型风沙颗粒各来流方向的平均阻力值.     

床面均匀沙拖曳力及上举力系数的确定

床面泥沙颗粒由于其相对暴露度及外形的不同,即使在同样水流条件下,颗粒附近的水流结构也不相同,进而影响到颗粒的受力不同,主要表现在颗粒拖曳力系数和上举力系数的不同。在白玉川提出的双向相对暴露度概念及拖曳力系数、上举力系数与纵向相对暴露度之间关系的基础上,分析发现,拖曳力系数介于1.00~1.22区间的概率大于92%,平均值为1.11;拖曳力系数与上举力系数比值平均值随沙粒雷诺数变化而变化,但在颗粒雷诺数大于25 000时,拖曳力系数与上举力系数比值平均值趋于常数1.28。将拖曳力系数和上举力系数引用到泥沙起动底流速公式中,得到了散粒体泥沙起动流速公式。实测资料验证表明,起动流速公式与实则资料吻合良好,间接地验证了提出的推移力系数值及上举力系数值是正确的。     

单颗粒在宾汉体中沉降规律的试验研究

固体颗粒在液体中的沉降速度是一个十分重要的物理量.对于高含沙水流,由于浆体本身的物理性质由牛顿体转变成宾汉体,固体颗粒在这种宾汉体中沉降的受力条件与在清水中不同,其沉降特性亦不相伺.本文从宾汉体的物理特性入手,用力的平衡方程式导得宾汉体的阻力系数C'_D.由试验资料找出了C'_D与宾汉体中沉降的颗粒雷诺数Re_B之间的相关关系,与清水中基本相同,只是区分流区的雷诺数Re_B与清水不同.本文还提出了将任意形状的固体颗粒的C_D～Re_B相关关系转换成球体的计算方法,得出了各流区球体颗粒的阻力系数C'_D的表达式,并由力的平衡条件求得了宾汉体中最大不沉粒径d_max的表达式.     

明渠水流阻力系数计算公式分析与比较

按不同流态及流区对明渠水流阻力系数的计算公式进行了归纳和总结。以实测资料为依据,利用不同的阻力系数计算公式按明渠均匀流理论分别计算了实际输水明渠的过流能力,并将计算流量与实测流量进行对比,其相对误差在-7.9%～2.68%之间。其中,以紊流粗糙区的指数型公式和对数型公式的相对误差为小（-2.0%～2.68%）。在粗糙系数一定的条件下,不同阻力计算公式求得的阻力系数相差不大。从工程实用和计算方便的角度考虑,指数型公式较其它形式有更好的适应性,其计算的精确性往往取决于粗糙n的选择,用阻力平方区的公式计算过渡粗糙区的流量仍有较好的结果。     

旋转方式对并列双圆柱绕流特性的影响

基于层流模型,使用有限体积法对并列旋转双圆柱绕流进行数值模拟计算。首先计算雷诺数为100时静止单圆柱绕流与旋转单圆柱绕流的流动性能,并与参考文献结果进行比较,验证计算的可靠性;然后,分析了两圆柱在中心间距比为3.0时圆柱不同旋转方式与旋转速度比对双圆柱绕流流动性能的影响。结果表明:逆流向旋转比顺流向旋转的临界转速更小,对涡旋脱落的抑制效果更好;两种旋转方式下时均升力系数绝对值均随旋转速度比的增大而增大;逆流向旋转下时均阻力系数随旋转速度比的增大而减小,顺流向旋转下时均阻力系数随旋转速度比的增大先增大后减小。     

船闸输水廊道复合管单支孔阻力系数试验

通过系列模型试验，对灌水状态和泄水状态复合管单支孔阻力系数进行了系统的研究，得到了单支孔阻力系数与支孔几何形状参数、流速比和廊道雷诺数之间的变化规律，建立了单支孔阻力系数的一般计算公式。     

床面颗粒受力的脉动特性

本文试验研究了床面泥沙颗粒受力的脉动特性，单颗粒球体突出于床面的试验结果表明，颗粒所受的时均力与纵向时均流速的平方成线性关系。上举力系数Ｃ１＝０．２９６，拖力系数Ｃ４＝０．３９２，与颗粒在静水中沉降时的阻力系数相近。颗粒受力的脉动强度不到时均值的１０％，脉动上举力系数Ｃ、１＝０．０７８，脉动拖力系数Ｃ４＝０１５１．脉动应力的概率密度为正态分布。梅花开紧密排列的试验结果表明，取球顶以上０．１５Ｄ处实     

闸墩绕流影响因素及其作用规律分析

为探究某水利工程渡槽附近不平稳水面的形成原因并为制定消除措施提供参考,使用COMSOL Multiphysics软件对高雷诺数( Re =5×106)条件下,不同宽度的顺直流道、收缩渐变段和弯曲流道下游的圆柱绕流和不同形态的闸墩绕流进行了数值模拟研究,分析了流道布局和闸墩形状尺寸等因素对绕流流场和结构受力特性的影响。圆柱绕流分析结果表明:在计算参数范围内,随着顺直流道宽度的减小,圆柱的升阻力系数均逐渐增大;流道渐变段的截面收缩对圆柱绕流产生的影响不大;流道弯曲导致的来流偏流系数越大,圆柱受力的非对称性越明显,升阻力系数均值越大。闸墩绕流计算结果表明:无墩尾闸墩的绕流流场和受力特性与圆柱绕流类似,随着墩身长度增加,闸墩的平均阻力系数减小;带墩尾的闸墩呈流线型,其升阻力系数与尺寸相当的圆柱和无墩尾闸墩相比均显著减小;给闸墩设置合适的墩尾是解决闸墩绕流脱涡的有效措施。     

基于全量理论的洞室围岩抗力系数计算

视衬砌在内压力作用下与围岩共同承载联合工作,采用全量理论将岩体单轴应变非线性软化本构模型推广,得到复杂应力状态下岩体等效应力和等效应变关系,将围岩划分为松动区、塑性区、弹性区,对衬砌压力隧洞在等压荷载作用下进行弹塑性分析。在推导出围岩松动区、塑性区、衬砌内任一点的应力和位移解析计算公式基础上,得出了不同工况下围岩抗力系数计算公式,该围岩抗力系数计算公式不仅考虑了中间主应力的影响,而且与已有的围岩抗力系数计算公式相通。     

含植物河道曼宁阻力系数的研究

含植物河道的水流阻力不仅仅来源于边壁,传统的曼宁公式不能够直接用来计算这种河道的糙率。本文基于水流阻力等效原则,首次提出了一系列等效水力参数的概念,建立了等效综合曼宁糙率系数和等效植物附加曼宁系数的计算公式,并给出了能否使用水深代替水力半径的判别参数。使用刚性圆柱棒进行水槽试验,对植物在非淹没和淹没条件下的曼宁系数进行了计算和比较。试验结果验证了理论分析提出的关于判别参数的结论,并且表明使用水深计算的糙率在植物非淹没条件下可以用来表示植物引起的附加阻力。本文提出的等效综合曼宁糙率系数计算公式包含了植物的物理特性,因此具有普遍的应用价值,可以用来进行实际工程中糙率的计算。     

岩体裂隙内稳定水泥浆液扩散范围的理论分析

根据粗糙裂隙的等效水力开度与力学开度的关系,导出了计算粗糙裂隙内流体扩散范围的修正系数;然后建立了宾汉浆体在光滑裂隙内的辐射流运动方程,求解得到预测稳定水泥浆液最大扩散距离的解析公式;该公式经给定的修正系数修正后可应用于粗糙岩体裂隙。研究结果表明,现有求解岩体裂隙内浆液扩散半径的理论公式中,裂隙的开度值应取粗糙裂隙的等效水力开度,且预测公式应该用一个小于1的系数修正。     

载体桩单桩竖向承载力学性能研究进展

载体桩作为一种由混凝土桩身和载体构成的新型桩基础,具有承载力高、造价低等优点,合理确定载体等效尺寸对于载体桩单桩竖向承载力计算具有重要意义。在总结载体桩施工工艺演进及承载机理的基础之上,介绍了载体桩单桩竖向受压承载性能、抗拔承载性能及沉降计算方法的研究现状,分析了目前载体等效计算面积取值、抗拔承载力计算时载体影响区段几何参数确定以及载体桩沉降计算中存在的问题,提出了多角度综合确定载体等效尺寸、强化桩身与载体界面连接、开展动荷载作用下载体桩承载性能测试等方面的研究建议。     

保温层等效冻土层系数取值方法的探讨

等效冻土层系数是反映保温层消减冻土层厚度的一个重要参数。本文依据河北省王村冻土试验场的观测成果 ,分析了水分、土质条件以及保温层厚度对等效冻土层系数的影响 ,提出了等效冻土层系数的计算式 ,为苯板保温层设计提供了依据     

Measurement of particle size based on digital imaging technique

To improve the analysis methods for the measurement of the sediment particle sizes with a wide distribution and of irregular shapes, a sediment particle image measurement, an analysis system, and an extraction algorithm of the optimal threshold based on the gray histogram peak values are proposed. Recording the pixels of the sediment particles by labeling them, the algorithm can effectively separate the sediment particle images from the background images using the equivalent pixel circles with the same diameters to represent the sediment particles. Compared with the laser analyzer for the case of blue plastic sands, the measurement results of the system are shown to be reasonably similar. The errors are mainly due to the small size of the particles and the limitation of the apparatus. The measurement accuracy can be improved by increasing the Charge-Coupled Devices (CCD) camera resolution. The analysis method of the sediment particle images can provide a technical support for the rapid measurement of the sediment particle size and its distribution.     

基于孔隙尺寸的粗粒土渗透系数计算方法研究

基于颗粒极限堆积状态下的平面孔隙直径和土体粒径组成,采用颗粒随机抽样组合获得了土体各孔隙直径百分含量,并进一步得到了土体最密实和最疏松状态下孔隙直径累计分布曲线CSD-D、CSD-L。通过土体实际相对密度的线性内插方式获得了土中孔隙直径累计分布曲线CSD-R,并得到相应平均孔隙直径Dmc,根据粗粒土渗透试验结果建立了渗透系数K与Dmc关系的经验公式。研究表明:CSD-R曲线同时考虑了颗粒级配和密实度对土中孔隙尺寸分布的影响,所确定的经验公式近似满足多孔介质渗流理论中渗透系数与渗流孔隙呈二次正相关性的规律。对比相关试验结果认为,该方法具有较高准确性,适用于不均匀系数Cu7且有效粒径d109.6 mm的粗粒土渗透系数估算。     

输水管道含沙水锤模型及特性研究

水锤现象的准确描述对于长距离供水工程安全稳定运行有着至关重要的影响,但传统的水锤模型缺乏对于输水管道含沙水锤的深入探讨与分析。本文基于费祥俊阻力模型定义了管路当量摩阻,借鉴韩文亮浆体水锤波速公式推导了非均质流含沙水锤特征线方程,采用特征线法计算得到了不同泥沙颗粒参数下RPV系统的关阀水锤压力,并与清水水锤计算压力对比。结果表明：清水水锤数值计算瞬态压力与实验数据较为吻合;含沙水锤压力增量与含沙量呈正相关而与颗粒直径无关,含沙量100 kg/m³时最大水锤压力为77.91 m,较清水计算结果高出7.71%;由当量摩阻换算得到的管路糙率与含沙量和颗粒直径呈正相关,与初始流速呈负相关。相关研究成果为高含沙流域长距离供水工程安全运行与水锤防护提供了参考。     

向心自润滑关节轴承受力分析及当量载荷的确定

向心关节轴承在承受载荷时，承载区各点的压应力是不等值的。在轴承无间隙与刚性假定条件下，通过受力分析计算，推导出了轴承在径向载荷作用下最大压应力与平均压应力的关系公式，确定了轴承在同时承受径向载荷与轴向载荷时最大压应力点。在理论分析计算的基础上，推导出了在工程上已给定额定载荷了的轴承当量载荷和当量载荷系数的计算公式，并确定了强度条件为选用轴承的额定载荷大于或等于当量载荷。     

随机地震荷载下黏性土残余应变的半经验计算公式

提出一个新的简化半经验计算公式，用于随机地震荷载作用下黏性土残余应变的计算。新公式放弃了目前将不规则地震荷载转换成一定次数等幅正弦波的方式，而采用直接对不规则动应力波进行逐波累计的计算方法，这样可以得到任意随机地震荷载作用下土残余应变的实际发展过程。新公式首先略去地震波频率特性的影响，将一随机地震应力时程保留其有效幅值，筛选成一系列不同幅值的往返荷载；然后，以增量方法逐波累计计算残余应变。对每一动应力循环，以已有等幅荷载经验计算公式对循环次数的偏导构造残余应变的增量模型，并考虑了动压应力对残余应变增长的控制作用。经计算，对于等幅动荷载作用，新公式与现有公式之间误差很小。对于地震荷载输入，采用动三轴试验与新公式进行对比。对比结果表明，提出的公式可以有效地描述不规则地震荷载下黏性土残余变形的增长过程和最终结果，可反映不同类型地震波作用下、CM和EM试验下以及不同波序下土残余变形的发展和差异。