含柔性植物明渠水流阻力特性试验研究

利用水槽试验研究了无草、淹没型、非淹没型柔性植物水流阻力特性的变化规律,分析了含植物明渠沿程水面比降和阻力系数的变化特性。得到各植物阻力系数变化与尼库拉兹曲线基本相似,紊流范围内同样可划分为紊流光滑区、紊流过渡区、紊流粗糙区;探讨了各植物明渠等效河床的问题,据此确定了各植物的粗糙度,对植物粗糙度、水流雷诺数和阻力系数之间的关系进行了分析,并通过对各植物水流阻力系数的分区回归计算,得到各植物水流阻力的分区经验表达式,该方法能较好地应用于含植物明渠水流阻力系数的推求。     

伪均质流紊流阻力的研究

伪均质流在紊流光滑区及过渡区的阻力问题,存在各种分歧意见.本文提出一种新的分析方法,论证了在紊流光滑区及过渡区的伪均质流阻力系数低于同雷诺数清水的阻力系数.本中得到的关系式可直接应用于上述阻力系数的计算.     

均质高浓度紊流的时均结构和阻力系数

本文在均质高浓度紊流试验研究成果的基础上,应用宾汉定律和紊流随机理论,研究了均质高浓度非牛顿宾汉紊流的紊流结构。导出了时均流速和阻力系数在光滑区、粗糙区和过渡区的统一公式,并得到了现有实测资料的初步验证。     

紊流浑水异重流交混区的阻力系数的研究

为进一步研究紊流浑水异重流交混区阻力规律,并简化该阻力计算方法,通过对紊流浑水异重流交混区上下两部分流速分布的研究,提出了最大流速点以上流速分布修正公式及适合高含沙水流的最大流速点以下流速分布公式。在此基础上对紊流浑水异重流交混区阻力系数进行了探讨,推导出了水库紊流异重流交界面阻力系数公式,并对其进行了讨论,论证了公式的合理性。并利用天然实测资料和实验室异重流试验数据对公式进行了验证,结果表明:推导出的异重流交界面阻力系数计算方法可以较好地模拟异重流交界面阻力变化规律。     

塑料沙静水沉速的试验研究

本文重点论述塑料颗粒在静水中沉降运动的规律,阻力特性以及阻力系数变化规律,并得出各流区的沉速公式。实验资料表明,塑料颗粒的阻力系数曲线与天然沙十分相近,因而除过渡区外,滞流区和紊流区的沉速公式与天然沙基本一致。比重不同的影响,仅在划分流区的粒径界限有所差别。根据塑料颗粒出现的漂浮和上浮现象,作者认为,滞流区的沉速公式只能适用于直径为0.10～0.35mm的塑料颗粒。     

明渠和管道中紊流各流区的统一规律

明渠和管道中的紊流结构,是水力学中的一个基本问题。本文试图在作者提出的河床紊流随机理论的基础上,通过对壁面糙率绕流情况的分析,导出包括光滑区、过渡区和阻力平方区在内的流速分布的统一公式和阻力系数的统一公式,为这些多年来没有解决的问题提供理论上的分析和概括。导得的流速分布的统一公式和阻力系数的统一公式,均与试验资料一致。     

均质高浓度流从层流向紊流的过渡及紊动强度

和牛顿流体一样,宾汉流体的雷诺数超过一定值后,其流动将从层流向紊流过渡。本文介绍了宾汉流体从层流向紊流过渡时的时均流速和阻力系数,以及宾汉紊流在光滑区的紊动强度沿垂线分布。文中也给出了宾汉流体由层流向紊流过渡时的临界雷诺数近似判别式。     

峡谷河道综合糙率变化规律的预报

本文揭示了峡谷与宽谷河道水流结构特性与阻力损失的机理和同异，指出前者的综合糙率常比后者大1－3倍，其原因除了通常认识的周界粗糙度不同有影响外，主要因素是河型和断面形态（B／H）不同，紊流涡体的产生、规模、强度和分布不同，集中表现在水流内部结构不同所引起的能损不同的结果。论证了阻力系数公式（5）仍可用于三维水流。但卡门常数K值不再是0.4；峡谷河道水流的K值可用式（8）或式（9）求解。宽阔河道水流的K值可用文献的公式计算，在动床水流中，K不仅是表征流速分布变化的一个系数，也是衡量水流阻力系数变化和床面形态定性变化的一个指标，是阻力系数的重要组成部门。引入紊流能损理论（即K值的变化）之后，水流阻力变化规律便与水流结构变化和床面形态变化建立起有机的联系，取得了与实测值基本一致的结果，解决了现有的糙度阻力系数公式无法求解超高（低）阻力的难题。     

一般形式的阻力系数公式及其在挟沙力计算中的应用

对不同流态及流区明渠水流阻力系数的计算公式进行总结。考虑到指数型表达式在进行数学推导及应用时较其他形式更为方便,基于该形式并结合尼古拉兹管流试验资料,推导了各流态及流区明渠阻力系数的具体表达式且得到实测资料的验证。推导过程中,借助明渠当量直径实现管流与明渠阻力系数的相互转换,并依据各流区水流特征的不同,对Christoffersen和Jonson提出的糙率高度公式作了不同简化。将所得阻力系数公式应用于河流及海洋近岸水流挟沙力的计算中,结果表明实测值与计算值相吻合,且所有流区阻力系数表达式形式的统一有利于水流挟沙力计算的简便。     

一般形式的挟沙力公式及其分析

将浑水潜流动量方程延拓到整个含沙水流水深的范围,在稳定条件下,推出平衡含沙量的表达式,在此基础上采用水流最小能耗率原理,得到一般形式的挟沙力公式,挟沙力系数与阻力系数成正比。论证了在不同条件下,公式可以与刘家驹、韩其为、维利卡诺夫、窦国仁和张瑞瑾等公式的形式一致,并指出各公式表达形式的不同是由于阻力系数与水流雷诺数的不同依赖关系导致的。从理论上说明了各公式的适用范围,其中张瑞瑾公式中的指数范围应为0.67~1,韩其为公式指数11/12即0.92对应为紊流过渡区水流流态;刘家驹公式适用于淤泥质底床,且其系数不是常数;维利卡诺夫公式和窦国仁公式适用于紊流粗糙区水流,维利卡诺夫公式的系数是相对糙率的函数,与雷诺数无关。通过河流及近岸实测资料对文中导出的公式进行了验证,结果表明计算值与实测值吻合很好。     

混凝土衬砌渠道糙率系数估算方法

糙率系数的准确选取对工程造价和安全有很大影响,随着新材料、新工艺的发展和工程技术的进步,原有的经验糙率选择已经不能满足精度要求。输水渠道流态一般位于紊流过渡区和粗糙区,本文用紊流过渡区和粗糙区沿程阻力系数推导出与雷诺数、水力半径和当量粗糙度有关的糙率系数估算式,并对影响糙率系数的因素进行分析,为糙率的正确估算和合理选取提供了一定的依据。     

高分子聚合物减阻的试验研究

本文采用激光流速仪,对光滑明渠中清水水流、含高分子聚合物的流体(粘弹性流体)的紊流结构进行了系统的试验研究,根据试验结果,分析了高分子聚合物分子对流体时均结构、脉动结构及阻力系数的影响。在此基础上,结合国外试验资料,对聚合物分子的减阻机理进行了初步分析.最后,对随机理论提出的时均结构表达式及脉动结构表达式再次进行了验证.     

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.     

基于等效阻力的植被化复式河道流速分布研究

天然河道中许多都是具有主槽和滩地的复式河槽,水流漫滩以后,复式河槽的水流结构发生复杂的变化.而天然河道漫滩上常常生长着各种植物,水中植被的存在增加了河床的阻力,如何确定流速分布和流量十分重要.本文基于植被作用下水流阻力的等效平衡原理,提出刚性植被等效附加阻力系数以及植被等效综合阻力系数的计算方法.通过运用SKM方法计算植被作用下的复式河槽垂线平均流速的横向分布,结果表明,本文提出的植被等效综合阻力系数的计算方法是可行的,能较好地确定植被作用下的复式河道垂线平均流速的横向分布.     

对圆管突然缩小局部阻力系数的研究

以圆形管路的突然缩小为例,对管路的局部阻力系数ξ作了实验、分析和理论研究,证实传统的理论公式存在较大的误差。在紊流状态下,圆形管路突然缩小局部阻力系数可以看作雷诺数的函数,采用3次多项式可以将局部阻力系数与雷诺数很好地结合起来。     

高含沙量均质流的阻力及紊流“减阻”问题

本文分析了现有试验资料关于紊流过渡区高含沙量均质流的阻力系数与清水阻力系数比较的分歧。利用浆体管道试验均质流部分资料,得出在相同流速条件下,均质浑水的阻力系数可以大于或小于清水阻力系数,取决于水流中固体体积浓度、浑水粘性、管壁(或边壁)糙率及流动尺度等因素。并根据试验所用物料初步建立了确定以上阻力系数关系的判别式。     

高含沙明渠紊流光滑区f—Re关系与平均流速公式

本文根据水槽试验结果，从紊动与絮网结构相互影响的角度分析了光滑区内阻力系数ｆ与有效雷诺数Ｒｅ关系散乱的原因；通过分析ｆ与断面平均流速Ｖ的关系，建立了高含沙明渠紊流光滑区平均流速公式，并作初步分析。     

高含沙明渠紊流光滑区f－Re关系与平均流速公式

本文根据水槽试验结果，从紊动与絮网结构相互影响的角度分析了光滑区内阻力系数ｆ与有效雷诺数Ｒｅ关系散乱的原因；通过分析ｆ与断面平均流速Ｖ的关系，建立了高含沙明渠紊流光滑区平均流速公式，井作初步分析．     

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。     

天然河道非恒定流条件下阻力系数变化规律的研究

天然河道非恒定流水面线的计算,在生产实践中有着重要的意义,而阻力系数的选取直接影响其计其计算成果。本文在以汉江丹-襄河段为例进行天然河道非恒定流水面曲线计算的基础上,利用大量实测资料,运用无约束最优化方法进行了天然河道非恒定流时的阻力系数和糙率率定的研究和计算。这种方法是利用计算技术对天然河道的实测数据进行分析和整理的一次尝试。根据计算结果,本文给出了阻力系数、糙率与流量、水位、时间、佛汝德数及Q/t的变化关系。这些变化关系的特征大体上与前人的理论和实践分析相符,同时还得到了一些新的变化规律。