窄深矩形断面明渠流速分布的研究

建立了一个三维紊流数学模型,对实际灌区中的窄深矩形断面明渠水流的流速分布进行了数值模拟.计算结果与实测结果符合得较好,表明数学模型及参数是合理可靠的. 运用该模型,对2种底坡、2种糙率以及3种宽深比组合情况下的窄深矩形断面明渠水流的流速分布进行了数值模拟,得出了窄深矩形断面明渠垂线流速分布律和垂线平均流速横向分布律,并应用实测资料验证了上述流速分布律. 结果表明,在明渠底部内区流速分布能很好地符合对数分布律,但在明渠外区流速分布则符合抛物线分布,垂线平均流速沿横向的分布接近于幂函数分布,给出的断面流速分布经验公式具有很好的精度.     

矩形断面明渠流速分布特性的试验研究

通过对明渠流速的水槽试验研究,建立了矩形断面明渠沿垂线流速的抛物线分布公式和横向平均流速的乘幂函数分布公式,同时给出了相关系数的确定方法.采用不同渠道流速资料进行验证,表明所提出的明渠流速分布律与实际分布一致,对应测点流速相对误差较小,可以满足明渠流速分布及流量计算精度要求.     

梯拱形渠道流速横向分布规律及流量量测

新疆吐鲁番地区地理及径流、泥沙条件独特,干支渠一般都采用梯拱形断面型式.通过对该地区主要干支渠流量系统观测资料的统计分析,借助二元明渠紊流掺长理论,建立了梯拱形渠道流速横向分布公式.大量不同梯拱形渠道、不同流量的流速实测数据分析和验证表明,理论与实测流速横向分布都符合对数分布规律,利用多变量回归分析,确定了流速横向分布系数a、b值.在此基础上,推导出梯拱形明渠断面平均流速计算公式,计算值与实测值误差较小,并给出了修正系数的确定方法.根据提出的明渠流速公式,进一步建立了灌区渠系中流量连续测量的实用方法和工作流程,简化了明渠测流工作,降低了量测成本,提高了测流精度.     

梯拱形渠道流速横向分布规律及流量量测

新疆吐鲁番地区地理及径流、泥沙条件独特,干支渠一般都采用梯拱形断面型式．通过对该地区主要于支渠流量系统观测资料的统计分析,借助二元明渠紊流掺长理论,建立了梯拱形渠道流速横向分布公式．大量不同梯拱形渠道、不同流量的流速实测数据分析和验证表明,理论与实测流速横向分布都符合对数分布规律,利用多变量回归分析,确定了流速横向分布系数a、b值．在此基础上,推导出梯拱形明渠断面平均流速计算公式,计算值与实测值误差较小,并给出了修正系数的确定方法．根据提出的明渠流速公式,进一步建立了灌区渠系中流量连续测量的实用方法和工作流程,简化了明渠测流工作,降低了量测成本,提高了测流精度．     

矩形明渠流速分布规律及流量自动化量测方法

通过对明渠流速的水槽试验研究,建立了矩形断面明渠沿垂线流速的抛物线分布公式和横向平均流速的乘幂函数分布公式,给出了相关系数的确定方法.采用实际渠道流速资料进行验证,结果表明所提出的明渠流速分布律与实际分布一致,对应测点流速相对误差较小,可以满足明渠流速分布及流量计算精度要求.     

关于工业管道紊流流速分布的探讨

流体在管道中紊流流动时断面上流速分布规律,目前尚未完全解决。本文根据尼古拉兹均匀粗糙管紊流光滑区和阻力平方区断面流速规律,同时考虑工业管道粗粒高度不均匀性,提出紊流三区断面流速分布的共同规律(5)。该规律得到十分符合实验结果的柯列勃洛克公式验证,因此我们认为:1.本文所提的公式(5)是流体在工业管道中紊流时断面速度分布规律。2.柯氏公式是计算工业管道沿程阻力的半经验公式。     

明渠均匀流垂线流速分布规律研究

针对现有明渠均匀流对数流速分布公式和指数流速分布公式存在的问题,根据明渠均匀流切应力与速度梯度的关系,推导出了一个新的流速分布公式.该公式在渠底和水面都与理论分析、实际情况相符.新的流速分布公式较现有对数流速分布公式和指数流速分布公式在理论上更加完善,更加合理.实验资料验证表明,新公式可以较好地反映实际流速分布规律.     

弯道横向流动与输沙的探讨

本文由紊流雷诺方程出发,采用普朗特紊流切应力构架和通过因次分析确定的掺长形式,探讨了弯道恒定二元环流的流速分布。导出的环流流速分布公式结构比较简明、合理,与实测资料有较好的拟合性.同时利用环流流速分布公式,进一步探讨了弯道水流中泥沙的横向输移问题,建立了便于数值模拟的计算模式。     

牛顿流体圆管紊流流动及顶替规律研究

本文应用紊流力学中圆管紊动微分方程式及普朗特关于总应力沿管径不变的假设,再考虑普朗特的混合长度理论,经过严密的数学推导,得到了一个新的圆管轴向紊流时均流速分布公式。这些公式由于保留了粘滞应力项,因而理论上比普朗特的圆管紊流公式更为合理。最后,基于上述分析,导出了牛顿流体圆管紊流顶替速度分布公式及界面位置计算公式。     

用圆管中最大流速测量流量的实验研究

根据已知圆管紊流流速分布的近似模地,研究了使用管道轴线处的最大流速测量流量的方法。通过实验验证了这种方法的正确性和可行性,并得到了相关的实验公式。该方法具有简单、准确、节能等特点,有较好的应用前景。     

基于PIV的明渠紊流压强场测量技术研究

基于粒子图像测速（PIV）的压强场测量技术可实现流动内部瞬时压强的非接触式、高时空分辨率、全场测量。本文采用欧拉法根据时间解析的速度场重构压强梯度场，再采用虚拟边界全向积分法结合边界条件得到压强场，实现了基于PIV的明渠紊流压强场测量技术。为了使用基于PIV的压强场测量技术准确测量明渠紊流压强场，利用时间解析的明渠紊流直接数值模拟数据和PIV速度场对该测量技术的精度、误差来源及主要影响因素进行了分析。基于本文数据，发现该测量技术的测量结果几乎无平均偏差，但均方根误差相对较大约为25%；通过分析由速度场重构压强梯度场及由压强梯度场积分得到压强场两个阶段的测量误差表明，压强场测量误差主要发生在由速度场重构压强梯度场这一阶段，主要受流场测量参数和边界条件给定方法的影响。进一步分析了上述主要影响因素对压强测量误差的影响规律，发现压强场测量误差随流场采样间隔的增加而增大，随流场测点间距的增加先减小后增大；基于本文数据得到在内尺度无量纲测点间距约为7时误差最小，但该测点间距最优值的普适性尚待更多数据支撑；在矩形测量区域边界4个角点布置压强边界点时，压强场测量误差会显著降低。将该压强场测量技术初步应用于明渠均匀紊流，发现时均压强测量结果较为准确，压强紊动强度测量结果误差相对较大，但垂向分布趋势接近。研究结论为明渠紊流压强场的实验测量提供理论依据和实践参考。     

考虑相对暴露度的无粘性土临界流速计算方法探讨

研究建立了基于泥沙运动力学理论的土颗粒起动模型,在考虑相对暴露度基础上,推导了土体渗流引起内部侵蚀的临界流速计算公式。通过与试验测得临界流速值对比,发现试验值与计算值较为一致。讨论了临界流速计算值与试验值的差异和相对暴露度与临界流速关系。渗流过程中颗粒堆积,会导致颗粒运移通道阻塞,使临界流速试验值大于计算值。临界流速与土颗粒相对暴露度正相关,不同渗流方向下相对暴露度对临界流速影响程度不同,水平渗流时相对暴露度影响较大,垂直渗流时,相对暴露度对临界流速几乎没有影响。     

明渠流速分布经验公式及其在高洪测流中的应用

对二维明渠均匀流流速分布公式进行修正,根据普朗特半经验半理论流速分布公式导出二次抛物线分布的经验公式,并由此公式推导出表面流速与平均流速的关系,经实验室及天然河流7个水文站实测流速分布资料验证,其相对误差在2%以下,满足工程界的精度要求,这对减少洪水期测流的工作量,提高测流的精度具有实际应用价值。     

基于水深平均模型的植被水流数值模拟

针对有植被作用的渠道,将植被对水流的作用视为河床的附加阻力,推导出植被作用下河床等效曼宁阻力系数计算公式,考虑植被区与无植被区交界区域产生的二次流对植被区阻力的综合影响,引入影响系数对等效曼宁阻力系数计算公式进行修正.将修正后的公式用于水深平均模型,求解非对称复式断面和矩形断面局部有植被渠道的流速分布,计算结果与实验数据吻合,表明该模型可有效用于局部植被覆盖渠道的水流计算.有助深入了解植被水流结构.     

液态金属磁流体发电机空载电压

为了探究影响液态金属磁流体发电机空载电压的因素,建立发电通道三维流动模型. 采用计算流体力学（CFD）技术,研究发电通道入口速度、磁感应强度、通道宽度、通道高度、液态金属类别对空载电压的影响. 考虑哈特曼层电流回流现象,通过添加绝缘块,对发电通道装置进行结构改进. 从改进后的磁流体速度分布和电流密度变化两方面,分析空载电压优化机理. 结果表明：空载电压与入口速度、磁感应强度、通道宽度成正比,与通道高度无明显关系,但是通道宽度越大,空载电压相对误差越高;高密度、低电导率的液态金属会降低空载电压. 发电通道改进前,空载电压的相对误差为12.3%;改进后的发电通道,空载电压比改进前提高13.3%,相对误差降至0.6%.