明渠冰盖下流动的综合糙率

明渠冰盖下流动的综合糙率nc是确定冰期水位和流量关系的关键参数,本文根据冰盖区和床面区的边界条件和流量的连续性条件提出了通用的综合糙率公式,研究了冰盖下一般矩形明渠和宽浅明渠流速分布及流速比a对综合糙率nc的影响,在此基础上,计算分析比较了通用综合糙率公式、Einstein公式、Belokon-Sabaneev公式和Larsen公式的差异和使用条件,结果表明:对于宽深比b/H较小的矩形明渠,采用Belokon-Sabaneev公式将产生很大的计算偏差,Larsen公式只适合宽浅明渠,而Einstein公式是通用综合糙率公式的最好近似,推荐在工程设计中采用。     

部分冰盖下水流水力特性数值模拟

运用Fluent软件建立雷诺应力模型,模拟不同冰盖覆盖度下恒定均匀流流场,从纵向时均流速、二次流、雷诺应力、紊动能等方面揭示部分冰盖下水流的水力特性。结果表明：岸冰的形成会导致冰盖下水流在断面上重新分配,明流区流速增大,冰盖下流速减小;横向动量交换产生复杂的二次流结构,涡体形状、数量、大小和位置随着冰盖覆盖度的增加而变化;雷诺应力断面分布较复杂,冰盖附近区域雷诺应力为负值,负值区范围与冰盖覆盖度密切相关,并凸向明流区;冰盖、边壁和床面的粗糙度不同导致紊动能在断面上的分布呈现出明显的差异,冰盖区紊动能大于明流区的值,反映出岸冰对冰盖下水流结构影响的复杂性。     

冰盖下散粒体泥沙起动流速的试验研究

本文通过对水槽试验，对模拟冰盖流的河床泥沙起动流速进行了试验研究，探讨了冰盖流下河床泥沙起动流速的变化规律，试验表明：冰盖下泥沙卢动流速与冰盖及槽底糙度的相对比值有关。     

冰盖下散粒体泥沙起动流速的试验研究

本文通过水槽试验,对模拟冰盖流的河床泥沙起动流速进行了试验研究,探讨了冰盖流下河床泥沙起动流速的变化规律。试验表明:冰盖下泥沙起动流速与冰盖及槽底糙率的相对比值有关。     

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。     

粗糙圆管进口段紊流边界层发展区的流动特性

本文在流速分布对数律假设下,通过求解动量积分方程获得了粗糙圆管进口段紊流边界层和进口段长度的计算式。当圆管半径R→∞时,即得到粗糙平板紊流边界层的计算式。本文还给出了粗糙圆管紊流边界层和进口段长度的简化计算式,并建议了粗糙圆管平均流速的计算式及流速分布指数n与参数δ/Δ、δ/R的关系式。本文成果对进一步研究流动阻力等问题是很有益的。     

冰盖流的水流结构

本文通过水槽试验,探讨了不同冰盖组合情况下冰盖流的水深,流速和流速分布规律,并对冰盖流的输水能力进行了讨论。     

水浮莲型生态河道水流特性试验研究

对水浮莲型生态河道净化效果进行室内模型试验,种植方式分为菱形、闸墩形、翼形3种,利用三维超声波多普勒测速仪(ADV)测量矩形水槽中水流的瞬时流场,分析水浮莲种植前后的流速分布规律,结果表明:种植水浮莲后,流速符合正态分布,3向流速均有所增加,种植区的流速沿垂线分布由J形变为)形.     

DETERMINATION OF RESISTANCE TO FLOW IN ICECOVERED CHANNELS USING SEMI-LOGARITHMIC VELOCITY DISTRIBUTION

1.INTRODUCTIONTheformationoficecoveronflowingwatergreatlyaltersflowcharacteristics,resultinginthechangeofvelocitydistributionandtheincreaseofflowdepthincomparisonwithfreesurfaceflowwiththesamedischargeduetotheincreasedresistancecausedbyanadditionalsolidboundary.Fromengineeringpointofview,estimationofconveyingcapacityofice--coveredstreams,orcalculationofwatersurfaceprofilealongriverreachwithicecoverisveryoftenrequiredinrivermanagementinvolvingtheoperationofreservoirswhenreleasesbaseduponthe…     

明渠水气二相流流速分布研究

为了实际应用的需要,根据前人的实验资料,建立了一套计算自掺气水流流速分布的半经验半理论方法,提出掺气对紊动有抑制作用,因而增大流速梯度,可使明渠水气二相流的最大流速比不掺气水流的最大流速有所增大,并导致近底流速指数分布中指数大于1／7。公式的计算结果与实验数据相比较基本一致。     

OBSERVATION AND ANALYSIS ON CHARACTERISTIC OF NATURAL RIVERS

Based on the previous study on turbulent structure, field experiments on fluctuation velocity were carried out in section Huanglingmiao of main stream of Yangtze River with a 3-D Doppler velocimeter. And a number of data such as velocity of different discharge and different vertical line were obtained. According to the field experiment data, period, frequency, period function and probability density function of large-scale coherent structure in natural river were prescribed by means of quantitative analysis. And the problem about distribution of time average velocity, turbulent intensity and Reynolds stress along depth were further analyzed and calculated. The results in this paper will deepen the understand of large-scale turbulent structure in natural river and so make the base for applying“turbulence theory” to water conservancy, hydroelectric, environment engineering and so on.     

TURBULENT MIXING AND EVOLUTION IN A STABLY STRATIFIED FLOW WITH A TEMPERATURE STEP

Large-Eddy Simulation(LES)is applied to examine the turbulent mixing and evolution in a stably stratified flow with a thermally sharp interface.Turbulent velocity intensities and turbulent kinetic energy are analyzed by considering the mean shear and stratification effects.The evolution of turbulent mixing layer and turbulent structures are mainly investigated.The results show that the streamwise intensities are much larger than the vertical intensities,and vertical fluctuations decay more rapidly at the presence of stratification.The qualitatively computational results suggest that the mixing layer,defined by the mean temperature,inclines to the side with small inlet velocity.The evolution of the half-width of the mixing layer shows two different slopes.The turbulent structure with high vorticity is restricted in the mixing layer especially in strong stratified cases.     

紊流模型对底坎绕流模拟效果的比较

利用Fluent软件,选取了Spalart-Allmaras模型、标准k-ε模型、RNG k-ε模型和realizable k-ε模型共4种涡黏系数的湍流模型,对底坎绕流问题进行了数值模拟。结果表明:4种模型模拟的底坎附近的流动特征基本一致,但在回流长度、分离主涡的涡心位置及水头损失等参数方面,RNG k-ε模型的模拟效果最好,标准k-ε模型的模拟效果较差,而realizable k-ε模型和Spalart-Allmaras模型的效果居中。     

基于涡黏度模型的冰封河道纵向时均流速垂向分布解析解

冰盖的存在显著改变了河道水流结构,使流速垂向分布关于零切应力平抛物线面呈型。考虑到准确预测冰盖下水流流速分布是计算冰封河道流量、泥沙输移率和河床演变预估的基础,本文应用双层假定和冰盖流涡黏度模型,推导出一个物理意义明确且速度梯度连续的冰封河道纵向时均流速垂向分布解析解,并明确常见的冰盖流对数流速公式和双幂律流速公式的应用条件。采用水槽实测数据和原型实验数据,对比分析所提出的解析解与现有对数公式和双幂律公式的有效性和精确性,并基于本文解析解探究了纵向时均流速垂向分布对各物理特征参数的敏感性。结果表明,该解析解的流速计算值与实测值吻合较好且较现有对数公式和双幂律公式具有较高精度;雷诺数的较小变化并不会引起纵向时均流速垂向分布的较大改变,但流速分布对冰盖糙率与河床糙率的相对值比较敏感,且纵向时均流速的最大值偏向于较光滑边界一侧,该结论与以往基于k-ε湍流模型所得到的数值结果是一致的,再次证实了本文解析解的有效性。     

河床与水体热交换的数值计算

在任意一个完整的热力模型中,河床与水体的热交换是一个很重要的热力因素,特别是对于封冻河道,以及水深较浅且温度昼夜变化较大的河道．本文提出了数值求解非稳态导热微分方程的数值模型,并与量测资料进行比较,结果表明数值模型能准确地模拟水体与河床的热交换．     

自掺气水流流速分布

本文根据前人的实验资料,建立了一套计算自掺气水流流速分布的半经验半理论方法。提出了掺气对紊动有抑制作用,从而导致近底流速指数中指数大于1／7,并使自掺气水流的最大流速比不掺气水流的最大流速有所增大。公式的计算结果与实验数据相对比,结果基本一致。     

天然河道紊动扩散系数研究

在天然河流的水流泥沙数值模拟计算中,衡量模型模拟计算好坏的常用标准是模型的计算精度,而影响模型计算精度的因素主要体现在动量传递系数和紊动扩散系数的合理取值。在普朗特掺长假定和动量传递理论的基础上,将雷诺应力与时均流速梯度联系起来,并利用长江干流黄陵庙水文观测断面不同流量级、不同垂线脉动流速以及悬移质含沙量沿垂线分布的观测资料,计算与分析了水流的动量传递系数与小尺度紊动扩散系数的大小及其两者的关系,结果可为平面二维工程紊流计算问题提供参考依据。     

生态河道种植圈对水流水力特性的影响

采用三维超声波多普勒测速仪对河道生态修复中种植圈布设前后的工况量测,比较了布设种植圈前后的流速分布、紊动强度和雷诺应力的变化．结果表明,布设种植圈后,纵向流速分布波动明显,相对紊动强度和雷诺应力均略有增加．