Y型加糙体水力阻力试验研究

 大多数河工模型都需要加糙才能满足河工模型的阻力相似，因此模型加糙效果的好坏直接关系着河工模型模拟的效果和精度。通过水槽试验对Y型加糙体阻力特性进行了深入研究。研究结果表明：其糙率具有一个较大的调整范围，且随着加糙间距的增加水力阻力减小，减小的幅度越来越小，最后基本不变；雷诺数在3 500左右水流进入阻力平方区，进入阻力平方区后，随着相对淹没度的增大水力阻力减小，最后达一定值。     

矩形渠道人工加糙壁面阻力规律试验研究

为研究矩形渠道水流的阻力规律,采用了3种不同粗糙度的人工加糙渠道进行试验。研究结果表明在均匀流条件下,对同一粗糙度明渠,水力条件变化时糙率系数不是恒定不变的,它会随着流量的加大而呈对数减小,随着渠道宽深比的增大而呈对数增大,同时随着雷诺数Re和弗汝德数Fr的增加而呈幂函数减小。同时表明,不同的壁面粗糙度对糙率系数影响很大,进而影响水流的水力特性。即流量相同条件下,当壁面粗糙度增大时,断面水深增大,平均流速减小,雷诺数和弗汝德数均减小。并根据试验资料拟合出了糙率系数和等效粗糙度之间的关系式。     

边壁加糙对切变湍流相干结构的作用

天然明渠水流、管道水流等实际水流,多数是边壁粗糙情况下的液体流动,为了了解实际水流的水流结构,以利于实际工程的运用,研究边壁加糙对切变湍流相干结构的影响是必需的。 本试验是在断面为30×25cm~2、长为600cm的矩形水槽中进行的,试验的流速为2～40cm/s,水槽底板加糙采用粒径d=0.0012cm,0.29cm,0.385cm,0.594cm,0.896cm的均匀沙,分别用环氧树脂粘附于塑料板上,试验时将加糙板安装于水槽中作为槽的底板,这样连光滑底板就有六种不同粗糙度的底板。试验时的粗糙雷诺数Re_Δ=U_*△/v=0.04～73。其中u_*为摩阻流     

凉水河水环境治理生物填料对河道阻力的影响

结合北京市凉水河水环境治理工程,利用水槽试验,研究河道布设生物填料后,其阻力特性的变化规律.分析了水槽中布设单排、双排生物填料,在不同生物填料高度、流量等运行条件下,水槽综合糙率系数的变化规律;定量提出生物填料相对高度与综合糙率系数的相关关系.并根据凉水河河道水力参数及布设的生物填料数量、高度等参数,提出凉水河布设生物填料后的综合糙率系数值,为论证凉水河水环境治理工程是否影响河道行洪安全提供技术依据.     

不同边壁条件下矩形明渠水力特性实验研究

为了研究明渠水流水力特性变化规律,在室内实验的基础上,采用矩形明渠变坡水槽,通过改变边壁条件、坡度和流量进行实验,得到了较好的实验数据。实验结果表明:边壁条件和坡度相同的情况下,随着流量的增加,水深呈线性增加,平均流速和雷诺数呈现幂函数增大;当Fr1时,弗劳德数随着流量的增加而增加;当1Fr1.526时,弗劳德数随着流量的增加先增加而后减小;当Fr1.526时,弗劳德数随着流量的增加而减小;曼宁糙率系数随着流量的增加呈对数减小趋势。边壁条件和流量相同的情况下,随着坡度的增大,水深呈减小趋势,平均流速、雷诺数、弗劳德数和曼宁糙率系数均呈现增加的趋势。并由实验数据得出了雷诺数与坡度和流量关系的经验公式。     

玻璃水槽糙率与明渠流态关系试验研究

采用变坡水槽进行河道模拟试验,研究在不同底面材料、不同流量条件下对糙率的影响。结果表明,随着流量的增加,糙率系数呈线性减小趋势;在同一流量作用下,加入人工草坪的断面糙率系数大于玻璃断面。     

永定河卢三段河工模型糙率模拟试验研究

通过水槽实验,运用水泥锥梅花加糙法,研究不同水泥锥布置和不同流量条件下的加糙糙率变化规律。将该加糙方法,用于永定河卢三段河工模型试验中,设计洪水条件下的试验水位与设计水位基本一致,表明加糙结果合理、可靠。试验结果表明,水泥锥直径为2 cm、铺设间距为3.3 cm,可达到0.030的模型糙率要求。试验成果可为大比降沙卵砾石河床的河工模型试验加糙方案提供借鉴。     

加糙消力池共轭水深和水跃长度的试验分析

在总结国内外加糙消力池水力特性研究的基础上,给出密排加糙消力池的共轭水深和水跃长度的计算方法.根据W-S-Hughes等对密排加糙消力池共轭水深和水跃长度的试验资料,利用量纲和谐原理研究密排加糙消力池的水跃方程和水跃长度随弗劳德数、跃前断面水深、跃后断面水深和壁面粗糙度的变化规律.结果表明:密排加糙消力池的共轭水深随着跃前断面弗劳德数的增大而增大,随着壁面粗糙度的增大而减小;水跃长度也是跃前和跃后断面水深、跃前断面弗劳德数和壁面粗糙度的函数;水跃区的消能率随着壁面粗糙度的增加而增加.提出了密排加糙消力池共轭水深和水跃长度的计算式,并用其他学者已有试验资料验证了计算式的可靠性.     

水力学推流模型的室内水槽验证

利用室内水槽，对水力学推流模型进行了试验验证。结果表明：模型中使用的“糙率”不是真正意义上的河道糙率，不能直接利用由测验河段上、下断面比降观测获得的糙率作为模型“糙率”推算洪水流量，但可以利用测流断面实测水位和流量过程，按水力学推流模型推求“综合糙率”，建立水位一综合糙率关系，再用此关系与实测水位过程推算实时洪水流量，达到洪水流量自动测报的目的。并比较了该法与利用水位一流量关系推流的精度差异。     

大变态非恒定流河工模型的加糙技术

大变态非恒定河流工模型，由于模型变率大且模拟洪水过程，加糙时应特别注意行蓄洪区库容相似、河道槽蓄相似、雷诺数变幅大、模拟糙率大等问题，梅花形十字板加糙技术，由于其形体小、阻力大、进入阻力平方区雷诺数小、适应水流方向变化等优点，满足大变态非恒定流河工模型对加糙的特殊要求，较好地解决了大变态非恒定流河工模型的加糙问题。     

东深供水工程矩形渡槽优化设计及受力分析

结合东深供水改造工程，采用混合离散变量优化方法，对钢筋混凝土矩形渡槽结构进行了优化设计，确定了满足基本设计条件的矩形渡槽方案，利用三维有限元技术，并考虑桩土相互作用规律。全面分析了矩形渡槽结构在动，静荷载作用下的整体受力性能，分析结果表明，矩形渡槽槽身在板件相交处应采取渐变过渡，以减小应力集中；在渡槽线路拐弯的地方，应加大纵向约束，以提高渡槽结构的抗震能力，三维有限元技术和基于解析法的优化设计方法相结合。能有效解决渡槽这一空间结构的设计计算和受力性能分析问题。     

浮帘群水流阻力特性试验研究

为探明含浮帘群水流的阻力特性和各阻力参数计算方法,对不同间距、不同高度浮帘群在不同恒定均匀明渠流中的阻力特性开展了92组水槽试验。通过拟合水面线获得水力坡降,探讨浮帘拖曳力系数、曼宁糙率和达西韦斯巴赫阻力系数的变化规律。研究结果表明:浮帘群布置存在临界间距,此时浮帘间的相互干扰作用几乎消失;浮帘群消能增阻作用明显,其拖曳力系数在不同水流条件下变化较小,取值介于1.60~2.05之间;曼宁糙率主要与浮帘相对高度及浮帘分布密度有关,并获得了曼宁糙率的修正计算方法;达西韦斯巴赫阻力系数可由浮帘相对高度、浮帘分布密度及浮帘雷诺数组成的拟合公式获得。     

A STUDY OF DRAG COEFFICIENT RELATED WITH VEGETATION BASED ON THE FLUME EXPERIMENT

This study is focused on the effects of ecological factors (diameter and flexibility) and vegetation community composition on the drag coefficient related with vegetation. The single leafy shrub and three mixed communities (including shrub-grass, shrub-reed and reed-grass community) were studied. The flow velocity and water level were measured and used to calculate the drag coefficient based on the Bernoulli's equation, Darcy drag formula and the expression for the drag coefficient related with Darcy drag factor. The trend of the drag coefficient in the vertical direction was analyzed against flow depth, diameter, diameter Reynolds number, flow depth Reynolds number and relative roughness height in different discharges. The results show that beside the dense leafy shrubs community, the vertical trend of the drag coefficient among other cases against flow depth, diameter, diameter Reynolds number, flow depth Reynolds number and relative roughness height can be approximately expressed by power law functions under different flow discharges. Moreover, in a mixed community with two plants with distinctly different ecological factors, the one with the most distinct variations of ecological factors determines the vertical trend of the drag coefficient; the other one only affects the magnitude of the drag coefficient. Furthermore, if the ecological factors of the vegetation in the vertical direction are kept almost not changed, the drag coefficient can be approximately regarded as a constant.     

底坡变化对坡面流水动力学特性影响研究

坡度是影响坡面流水动力学特性的重要因素之一,采用变坡试验水槽在变化水深条件下模拟坡面流,用于研究7种不同坡度对水动力学特性的影响。结果表明:水力坡度、弗劳德数、雷诺数随坡度增大而增大,阻力系数随坡度增大先增大后减小;在相同坡度条件下,弗劳德数随水深增大先减小后趋于稳定,雷诺数随水深增大而增大;当0≤J≤1.5%时,水力坡度随水深增大先减小后趋于稳定;当2%≤J≤3%时,水力坡度随水深增大先基本不变后减小。     

浅议渡槽现浇法施工技术

钢筋混凝土渡槽是灌区常用的输水水工建筑物。槽身的支承结构有拱肋、排架、砌石边墩等形式。槽壳断面有矩形、U形,施工方法根据渡槽的形式、尺寸、构件重量、吊装设备、地形和自然条件等因素而定。一般多采用预制吊装、预制吊装与现浇法结合及整体现浇法施工。本文着重介绍石头河灌区东干渠东滑峪支线渡槽整体现浇法施工技术。     

壅水条件下水流阻力试验研究

壅水条件下的水流阻力及输沙特性,在水利工程的应用中占有十分重要的位置。对壅水条件下河道开展概化水槽试验,采用声学多普勒测速仪ADV对水流流速进行了测量,并对壅水条件下水流阻力和床面切应力等进行了分析。结果表明壅水条件下,水流流速沿垂线分布较均匀流条件下更加均匀,当壅水程度越大时,水流流速沿垂线分布越均匀,且流速分布大致上仍服从对数率分布;壅水条件下,随着水深的增大,摩阻流速不断减小;壅水条件下河道水流阻力系数随着非均匀系数及水力半径的增大而增大;引入壅水程度指标,并拟合得到了床面切应力随壅水程度指标的变化关系式。成果可为壅水条件下水流结构特征及输沙规律的研究提供参考。     

数字波浪槽在防波堤预设计中的应用

传统的以物理模型进行的防波堤断面实验被以计算机进行的数字波浪槽代替,边界造波为Bretschneider/Mit-suyasu波浪谱,防波堤断面根据海港水文规范(简称“规范”)设计。以改进的Boussinesq波浪方程,通过引入波浪反射项以数值模拟实现了波浪在水槽中传播的全过程。通过数值水槽获得了波浪在本文防波堤断面前0.45的反射系数,将数值模拟的结果和规范中的反射系数进行了对比得出,数字波浪水槽有满意的精度以及在规范中使用了一定的安全系数,表明数字波浪槽在防波堤的预设计中有重要作用。     

NUMERICAL SIMULATION OF TWO-DIMENSIONAL OVERTOPPING AGAINST SEAWALLS ARMORED WITH ARTIFICIAL UNITS IN REGULAR WAVES

A new mathematical model for the overtopping against seawalls armored with artificial units in regular waves was established. The 2-D numerical wave flume, based on the Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations and the standard k-ε turbulence model, was developed to simulate the turbulent flows with the free surface, in which the Volume Of Fluid (VOF) method was used to handle the large deformation of the free surface and the relaxation approach of combined wave generation and absorbing was implemented. In order to consider the effects of energy dissipation due to the armors on a slope seawall, a porous media model was proposed and implemented in the numerical wave flume. A series of physical model experiments were carried out in the same condition of the numerical simulation to determine the drag coefficient in the porous media model in terms of the overtopping discharge. Compared the computational value of overtopping over the seawall with the experimental data, the values of the effective drag coefficient was calibrated for the layers of blocks at different locations along the seawalls.     

矩形水槽水流紊动特性分析

 采用三维超声流速仪系统地测量矩形水槽水流紊动特性，对紊动拟序结构中的准周期、频率、周期函数、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、雷诺应力等沿垂线分布问题作了较为深入的分析计算。为研究水流的紊动结构及悬移质泥沙的运动机理提供了验证资料，加深了对水流紊动结构的了解。