潮汐水流中细颗粒泥沙絮凝沉降的初步探讨

通常采用泥沙的静水沉速,以计算水流的挟沙能力,在理论上是不合适的.影响泥沙沉降的因素,在紊流中是水流的紊动扩散等,而静水中仅有布朗运动.此外,根据潮汐水流的原状水样试验及实测资料分析结果,都表明动水中泥沙的絮凝沉速较静水的絮凝沉速约大十余倍. 阿尔卡门等人认为细颗粒的紊动扩散与脉动流速平方的平均值及粒径的关系较大,就提出了紊动扩散系数公式(7).我们对该式的比例常数K_s进行尺度分析,并对天然河道的含沙量分布不均匀性提出了修正系数.最后求得泥沙絮凝前后粒数比的近似计算式(20),然后利用美国萨凡娜港湾和长江口的全潮观测资料,进行分析计算,计算结果与实测数据比较符合.此外,我们分析河道紊动强度与人工紊动试验流速梯度G之间关系,以验算实测资料,表明絮团尚未到达破裂程度.     

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。     

涵闸及渠道引水灭螺工程措施研究

血吸虫病是一种寄生虫病,钉螺的迁移和扩散,是造成血吸虫病蔓延、传播的主要途径.分析了钉螺的几何特征和生态特性,研究钉螺输移扩散特点和水动力特性,分析传统沉螺池和进口中层取水工程灭螺措施的优缺点,提出了新的沉螺池中层取水结构型式,针对钉螺借助于水流的3种扩散方式分别采取相应工程措施.通过4级拦漂措施,截断幼螺自身悬漂和成螺附着于漂浮物的水面输送扩散途径,通过3级消能降低流速使水中悬移方式扩散的钉螺自然下沉至沉螺池内,设置3道水中拦螺底槛拦截水底推移的钉螺.     

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。     

旋流中钉螺运动数值模拟

钉螺是日本血吸虫的唯一中间宿主,研究其在水中的沉降特性与运动特征对防治血吸虫病具有重要意义。该文运用文献中的实测资料对钉螺自由态以及失控态的沉降速度及阻力系数进行了研究;提出了旋流排螺的设想,构建了三维数学模型模拟旋流装置中的水流及钉螺的运动,并对该模型进行了验证计算,结果表明,模型验证的计算成果与已有实测资料吻合良好。     

钉螺动水沉降速度研究

水流输送钉螺同水流输送泥沙一样,是一种复杂的力学过程。本文分析了钉螺在流水中沉降运动的主要作用力及其平衡条件。在水流紊动强度不太大（Ｒｅ＜４×１０￣４）的情况下,可略去竖向脉动分速的影响,钉螺在流水中以等速直线运动形式下沉,据此导得钉螺动水沉速的理论公式。通过水槽试验,对公式进行了检验,并确定其中的主要参数──动水沉降阻力系数。     

钉螺静水和动水沉降试验研究

推导了钉螺静水沉速，动水沉速和动水深降距离公式，这些公式是以螺龄为基本参数进行计算的，并通过试验了各项系数，分析了钉螺静水沉降和动水沉降的基本规律。     

沉螺池阻螺措施优化试验研究

沉螺池是应用钉螺沉降、起动原理设计的水利阻螺设施,是涵闸引水阻螺的关键措施之一,可在阻止钉螺通过涵闸扩散上发挥重要的作用。近20 a的运行实践表明：沉螺池也存在一些问题,主要包括拦螺网的阻塞和拦螺墙的布置等。为此,利用水槽试验进行了研究。结果表明：沉螺池内设置一道拦螺墙加集螺槽的方案效果较好,拦螺墙应布置在沉螺池的上段,以布置在水流进入沉螺池通过过渡段后扩散基本均匀处为原则,拦螺墙等辅助设施设计时应尽量减少对水流的干扰。     

低雷诺数下的钉螺绕流特征数值模拟

研究钉螺在水流中的运动规律对于控制钉螺扩散具有十分重要的意义。通过开源流体力学计算软件OpenFOAM,使用非结构化的三角形网格拟合钉螺边界,采用有限体积法和PISO算法计算平面无限区域中黏性不可压缩流体下的钉螺绕流运动,模拟了低雷诺数下横向和纵向2种水流条件螺体后方尾流形态变化,详细描述了漩涡脱落过程等现象;对比分析不同条件下钉螺的阻力系数C_D、回流区长度L_w/D、斯特罗哈数St等的区别。研究结果表明:随着雷诺数的增加,钉螺的阻力系数逐渐减小,尾流形态呈现3种不同的形态,初步确定各流态转变的临界雷诺数的范围。该研究可为进一步掌握钉螺扩散规律、改进水利阻螺措施提供理论依据。     

利用相间滑移考虑固相泥沙沉降效应

现有含沙水流数学模型中通过泥沙沉降速度计入的重力沉降项包含有一定的误差，甚至直接采用静水中泥沙沉降速度代替动水中沉速，这样的近似处理没有真实反映泥沙颗粒与主相水之间“滑移”的时空变化特性。本文基于两相流和泥沙运动力学理论，利用相间滑移考虑固相泥沙的重力沉降效应。     

粘性泥沙在静水中沉降特性的试验研究

本文通过对我国一些港口、河口粘性泥沙的静水沉降试验,初步勾绘出粘性泥沙在不同含沙浓度下的沉降性态及物理图案,大致可区分为四个区段,即絮凝沉降段、制约沉降段、群体沉降段和密实段。在稳定含盐静水中的絮凝沉速取决于泥沙粒径和类型、含沙浓度、沉距和水温等因素。通过试验资料分析,获得静水絮凝沉速的结构式为式中F为絮凝因子,它表征泥沙粒径对絮凝的影响,可表达为本文还通过对群体沉速的现有公式的分析,建议采用修订过的Richardson型公式。     

刚性植物条件下静水中粗颗粒泥沙沉速研究

为了探求水生植物对泥沙沉速的影响,本文在总结泥沙颗粒在水体中沉降的影响因素及阻力系数规律的基础上,在静水中设置不同直径、不同排列密度的不锈钢圆柱细杆模拟水体中不带分叉的刚性植物,分别测定粒径为0.1cm~0.45cm的沙粒沉速,并与没有植物条件下的沉速进行对比。研究结果发现,在试验粒径范围内,含植物水体中泥沙沉速随泥沙粒径、植物密度增大而减小,通过修正阻力系数,推导出考虑植物杆径及植物密度排列的泥沙沉速公式。     

藻类残体颗粒的沉降特性与模型材料选择

南水北调中线干渠中藻类残体随流运动,容易在退水闸、分水口等突扩断面位置沉积,需要经常进行清淤工作。本文应用PTV粒子追踪测速技术,通过1组工况的藻类残体颗粒静水沉降试验和24组工况的不同模型材料、不同粒径的静水沉降试验,研究藻类残体颗粒的沉降和比重特性,探究不同模型材料沉降特性,并选择适宜野外漂流示踪试验的模型材料。结果表明,藻类残体颗粒的静水沉速为0.008 m/s,在水中的比重为1.004。同一比重的模型材料,粒径越大静水沉速也越大。相近或相同粒径的模型材料,比重越大静水沉速也越大,比重较小的模型材料,静水沉速随粒径增长的斜率较小。奇亚籽的平均粒径为3.5 mm、平均比重为1.05、平均静水沉速为0.017 m/s,其物理属性和水动力属性都与藻类残体颗粒相近,可作为南水北调干渠等藻类残体颗粒的野外漂流示踪试验材料。研究成果可为南水北调中线干渠的藻类防控与高效清淤提供技术支持。     

钉螺截留装置的试验研究

针对钉螺主要通过吸附在各种载体上随水流漂移扩散的特点，研制了一种与渠首节制闸融为一体的钉螺截留装置。该装置由分离池，沉降池和集螺池组成，在分离池中，借助水跃水动力作用使钉螺与载体分离，然后被分离的钉螺借助重力的作用在低流速的沉降池中沉降到集螺池中，最后将钉螺中杀灭。     

静水中大雷诺数球形颗粒变加速沉降的理论分析与试验

基于单颗粒泥沙沉降的力学机理,对静水中大雷诺数球形颗粒沉降过程中的受力状况进行分析,推导出变加速沉降运动过程的瞬时速度、沉降历时及沉降位移公式。试验数据与所推导公式的计算结果对比分析表明:计算位移与实测值相对误差都小于5%,大部分小于4%;瞬时沉速计算值与试验值相对误差都在7%以内,大部分小于5%,计算值与实测值吻合良好。     

泥沙的动水沉速及对准静水沉降法的改进

长期以来，专家们一直认为泥沙在动水中的沉速小于在静水中的沉是由于动水中向上紊速阻碍泥沙沉降的结果。本文认为，时均向上紊速和向下紊速是相等的，紊速对泥沙沉速的，影响只有在悬沙浓度沿垂线分布存在梯度时才能反映出来，梯度越大，动水沉速减少越多。本文提出的概念，为今后进一步研究泥沙的动水沉速开辟了一条新的途径。     

沉螺池的拦螺墙布置试验研究

 沉螺池是水利血防的一项重要工程措施，它是沉集和拦截水流中钉螺的建筑物，沉螺池内设置拦螺墙是近几年才实施的措施，作用在于提高拦螺效果。该措施实践时间不长，同时拦螺墙占了部分过水面积，水流通过此断面后流速较大，流态较复杂。为观察沉螺池中设置拦螺墙的阻螺效果及其对水流结构的影响并对其设计提出优化，进行了大量水槽试验。每次试验在不同的条件下进行，研究拦螺墙相对开度和断面平均流速等因素对沉螺池拦螺效果的影响，并分别试验了设置1道拦螺墙和2道拦螺墙的效果。试验表明：拦螺墙可以有效拦阻水面漂浮物，但是水流通过拦螺墙后流态会发生显著变化，在拦螺墙下游形成一定长度的回流区，长度与拦螺墙相对开度、水流流速等因素有关。挟带钉螺的水流通过拦螺墙后进入回流区，流态紊乱，流速增大，对钉螺的沉落造成困难。建议仅设置一道拦螺墙，并且应该设置在沉螺池上游尽量靠近进水口的地方。     

三维分形絮团沉降的格子Boltzmann模拟

黏性泥沙絮团的形成机理和沉降特性对河口海岸细颗粒泥沙运动规律研究具有重要作用。为了从微观结构出发研究絮团运动机理，由扩散受限絮凝体聚集模型生成不同大小的分形絮团，引入格子Boltzmann方法模拟三维分形絮团的静水沉降，获得了絮团沉速的变化过程。比较格子Boltzmann算法模拟结果与采用盒子计数分维数的 Winterwerp絮团沉速公式，发现二者有较好的一致性，表明格子Boltzmann模拟方法可应用于河口海岸环境中的黏性泥沙运动研究。     

垂向异重流式分离鳃在静水中的集成试验

通过垂向异重流式分离鳃在静水中的集成试验,分析了分离鳃数量、泥沙质量浓度与泥沙沉速的关系.试验表明:在相同质量浓度下,分离鳃集成数量越多,泥沙沉速越快;浑水的含沙质量浓度对泥沙的沉速也有影响,即泥沙质量浓度越大,泥沙沉速越慢.分离鳃集成用于水沙分离可以大大缩短泥沙沉降时间,并且具有节能环保,结构简单,造价低廉等特点.     

洞庭湖区水利血防工程控制钉螺效果及其机理研究

为全面系统评价洞庭湖区已有水利血防工程不同工程措施的血防效果,分析其防控钉螺的机理,在洞庭湖区选择河道综合治理、涵闸防螺改造、灌溉渠道硬化护坡3类水利血防工程共12个试点进行研究。2个河道综合治理工程、3个灌溉渠道硬化护坡工程和1个中层取水涵闸防螺改造工程血防效果好,钉螺分布面积和钉螺平均密度均下降了90%以上;其余3个河道、3个沉螺池防螺改造工程血防效果较差。河道与灌溉渠道工程灭螺机理主要是通过改变钉螺孳生环境,干扰钉螺生存、繁殖,进螺涵闸防螺改造工程主要是建立阻螺设施、阻止钉螺向垸内扩散。提出了从项目立项、工程设计、施工管理、运行管理、血防效果、经济社会效益等6个方面综合评价水利血防工程项目。