旋转射流喷嘴内旋流特性的PIV实验分析

利用二维粒子图像测速技术(PIV)对旋转水射流喷嘴内部流场进行了测量,将喷嘴入流条件分为入流流量比(切向流量与轴向流量之比)以及入流总流量两个因素,分析了两者对喷嘴出口旋流结构、切向速度分布以及喷嘴出口旋流数的影响.实验结果表明,入流流量比对喷嘴出口的切向速度大小及其径向分布都有影响,而入流总流量只影响其大小;入流流量比和入流总流量的增加均可使喷嘴出口的旋转流动增强,但只有入流流量比的增加可使喷嘴出口旋流数增加,而旋流数是喷嘴加旋效果的检验标准.     

鱼卵漂流的欧拉-拉格朗日模型与产卵量估算

从河流鱼类早期资源研究和保护的角度，立足鱼卵运动，将传统二维浅水模型与三维粒子追踪结合起来，建立了适用于天然河流鱼卵漂流的欧拉-拉格朗日模型。模型能够模拟对流和紊动扩散作用下鱼卵在河道内的三维运动和散布特性。模型效果通过模拟文献中的室内水槽PTV试验，对比实测鱼卵运动特性参数得到了验证。将模型应用于长江中游藕池河支流鱼卵野外示踪漂流试验中，模拟分析了鱼卵在河道内的平面迁移动态、垂向混合规律、断面分布特性以及河道地形和水动力的影响和作用；重点讨论了鱼卵断面浓度分布不均对产漂流性卵鱼类早期资源量（产卵规模）估算的影响，并通过模拟对传统的断面平均估算方法进行了校正，校正效果得到了示踪鱼卵漂流回捕实测数据的良好验证，鱼卵总量估算误差大大降低。此外，模拟还发现鱼卵漂流过程中的平均速度滞后于水流断面平均流速，在产卵场精确定位时须予以考虑。     

溢流坝人工加糙对城市河流复氧力的研究

以成都市府河、南河上所建橡胶坝为例,实地观测其复氧效果,在室内进行了光滑型与加糙型溢流坝的复氧对比试验,发现加糙型溢流坝复氧能力明显优于其光滑型溢流坝.在此基础上,对府河、南河上橡胶坝做适当的人工加糙后,模拟了河流沿程水质变化状况.结果表明:在溢流坝面上设置人工加糙物后,水体紊动加剧,空气被卷吸进入水体形成溶解氧,增加了水体溶解氧.     

三峡水库坝身泄流超饱和复氧分析

高坝泄水时,高速掺气以及消能过程中水流的强烈碰撞,卷吸大量的气泡进入水体,在水体静压作用下释放空气溶入水中,导致水体中包括氧在内的溶解气体浓度常常超饱和,易引发鱼类气泡病,严重威胁它们的生存和繁殖.分析三峡大坝至葛洲坝水利枢纽河段的水质监测数据表明,在泄流期间溶解氧浓度基本都超饱和.本文结合三峡大坝泄流现状,分析了大坝泄流超饱和复氧的起因、导致超饱和复氧的影响因素、所带来的问题以及应采取的措施,对改善鱼类等水生动物的生存环境,实现生态水利目标,具有重要的学术意义和社会效益.     

圆柱绕流尾涡图像的灰度特征和纹理特征

图像技术是流体力学研究的重要手段,在流动显示和流动测量中应用广泛;随着信息技术的发展,图像技术在流动规律研究的应用不断深入。论文以圆柱绕流为对象,分析雷诺数Re = 50 ~ 1725时尾涡图像的分布特征,解析图像的灰度特征参数和纹理特征参数随雷诺数的变化规律,并开展流动特性解释。研究发现,圆柱绕流的紊动扩散速率、分离点位置、尾涡空间分布的变化导致了图像灰度与纹理呈现出不同的识别特征：当Re < 600时,尾涡的灰度直方图的均值随雷诺数的增加线性递减;当Re = 148 ~ 642时,基于尾涡图像的纹理对比度推导出的尾涡脱落周期长度与经验取值吻合良好;当Re > 170时,灰度歪斜度随雷诺数递增且表现为明显的线性关系。     

融合改造的混合式抽水蓄能与风电联合运行短期调度模型

依托规模庞大的常规水电增建混合式抽水蓄能是加快抽蓄发展的重要途径。相比传统抽蓄电站,融合改造的混合式抽水蓄能电站具有水力联系更紧密、抽-发工况转换更复杂、“量调并重”角色更鲜明等显著特点,为探索其运行模式,本文提出一种融合改造的混合式抽水蓄能与风电联合运行短期调度模型。该模型以联合体整体收益最大为目标,以机组为最小调度单元,针对常规机组和抽蓄机组的差异化运行特性分别精细化建模,并引入状态变量实现运行状态的解耦与关联切换。在模型求解方面,通过线性化方法及建模技巧将原模型转换为混合整数线性规划(Mixed Integer Linear Programming,MILP)模型,最后在JAVA环境中采用CPLEX工具进行求解。以西南某流域电站为参考构建的应用示例验证了本文模型和求解方法的有效性,可为推进常规水电站的融合改造提供借鉴。     

刚性沉水植被水流的流速垂向分布

水流速度分布是植被水流动力学研究的基础问题之一。含有沉水植物的水流由于植被阻力的作用,其流速的垂向分布与不含水生植物的水流相比,具有很大的差异;在形态各异植被的影响下,其流动十分复杂,很难得到流速分布的解析表达式。在"圆柱型"植被流速分布的基础上,通过有限解析法逐段分析含有沉水植被水流的动力特性,考虑了沉水植被的垂向形态变化对植间水流的影响,得到了任意形状植被水深范围内的水流流速分布。通过与室内试验数据的比较分析,所用方法得到的结果与试验数据吻合很好,能够准确地反映植被间水流流速的垂向变化,并具有更为广泛的适用性。     

含沙水体耐热大肠菌群输移扩散

耐热大肠菌群由于其存在潜在的病源威胁而成为衡量水体中微生物污染的重要指标,水体中泥沙是各类污染物迁移转化的重要载体,因此研究含沙水体中耐热大肠菌群的迁移转化具有重要意义。采用理论推导和数值计算相结合的手段,从理论上推导出了含沙水体中耐热大肠菌群迁移转化的数学模型及简化条件下数学模型的理论解,通过数值计算对理论解和数值解进行了相互印证及不同平衡分配模式计算结果进行了比较。结果表明,推导得出的数学模型简化条件下的理论解可与数值计算进行相互验证,低浓度条件下线性平衡分配模式与Langmuir非线性平衡分配模式计算结果差异较小,而高浓度条件下非线性平衡分配模式计算结果更加合理。     

采用随机游走方法模拟垂向二维波浪流中物质输移扩散

应用随机游走方法研究了垂向二维波浪流中的纵向离散现象。作为目前新兴的拉格朗日方法,此模型首先用于计算一理想条件下的周期振荡剪切流中的纵向离散系数,并与解析解对比,二者非常吻合,证明了模型在计算此类非恒定流的有效性。然后模型被应用于水波环境中,其中流场及自由水面分别由线性波理论和Stokes波理论计算,模拟得到的纵向离散系数与半经验公式相吻合,并发现Stokes波理论下计算得到的纵向离散系数较线性波稍大。此外,还讨论了包括时间步长和粒子数量等计算参数的选取。最后,模拟了不同水波参数及扩散系数条件下的纵向离散,分析了各项系数对于纵向离散系数的影响。发现纵向离散系数随扩散系数的增大而减小,而水波中水深及波高的增大都会导致纵向离散系数的增大,其中波高影响更为剧烈;相反地,纵向离散系数会随着周期的增大而减小。     

温州浅滩二期围涂开发对瓯江河口演变的影响分析

围涂开发势必改变河口水域的潮流动力条件,系统分析围涂开发对河口冲淤演变的影响,能为工程的科学决策提供有力的技术支撑.本文介绍了温州浅滩泥沙淤积环境特性,分析了温州浅滩二期围涂开发对瓯江河口冲淤演变的影响.研究表明:温州浅滩的走向与瓯江南、北口潮流的主方向基本一致,围涂开发将局部改变河口的潮流动力,不会强制改变瓯江河口潮流的动力轴线,不会引起其潮流结构的总体调整,围涂开发符合河口自身演变规律;同时,温州浅滩二期围涂区域总体呈冲淤动态平衡状态,开发应采取必要的工程促淤措施,防止局部冲刷的不利影响.