基于耗散粒子动力学的剪切流中黏性沙絮凝机理研究

基于介观尺度下的耗散粒子动力学方法,建立了包含力场势函数的均匀各向同性紊流模型,对不同剪切率条件下黏性泥沙的絮凝过程及絮团形态进行了模拟计算。结果表明:随着剪切率的增大,体系中絮团初始出现的时间先急剧减小,后经短暂平稳过渡,又迅速增大,最后基本保持不变;水体剪切率较小时,非键能减小速度较快,随着剪切率进一步增大,非键能减小速度逐渐变缓,体系稳定性逐渐降低;当剪切率较小时,絮团形态更为致密,分形维数逐渐增大;随着剪切率的进一步增大,伴随有多个小絮团出现,分形维数逐渐减小,最终保持在1.12左右;在紊动剪切条件下,体系中絮团一直处于碰撞、絮凝、破碎的动态过程。     

均匀无黏性单颗粒泥沙起动切应力的探讨

为了进一步揭示泥沙起动切应力的变化规律,引出隐蔽角的概念。结合前人提出的暴露角概念,考虑了泥沙颗粒与其上、下游支撑颗粒的相对位置对泥沙颗粒起动的影响,推导出新的泥沙起动无因次起动切应力公式;得出了无因次临界起动切应力随泥沙颗粒位置及起动标准的变化关系,重新确定了泥沙颗粒起动最难和最易时的位置关系,计算出了单颗粒泥沙在弱动、中动及普动标准下的起动切应力变化范围分别为1. 16×10^-4～0. 039 4、1. 69×10^-4～0. 057 8及2. 58×10^-4～0. 088 1。与其他学者的研究成果相比,得到的成果涵盖了大部分学者的取值范围。     

三座店水利枢纽泄洪洞消能研究

针对三座店水利枢纽左岸泄洪洞单宽流量大,下游河道床面宽、水深小,水垫作用差的特点,分析研究了原设计方案"差动式鼻坎"存在的问题,提出了舌形鼻坎和扭面扩散鼻坎2种改进方案.通过物理模型试验对改进方案进行检验,以舌形鼻坎为推荐方案,较好地解决了消能问题.     

斜坡上的推移质输沙率公式

为了获得理论更全面、应用范围更广的推移质输沙率公式,基于数理统计方法及力学分析方法,借鉴Engelund推移质输沙率模型,研究了斜坡上推移质输沙率问题。在分析斜坡上泥沙颗粒受力的基础上,考虑了水流近底作用流速的随机性及床面上泥沙颗粒分布的随机性,推导出了斜坡上泥沙起动概率;探讨改进了单位床面上泥沙颗粒数和推移质运动速度的计算式,得到了文中推移质输沙率公式。采用不同坡度的实测资料进行验证,并与其他经典公式计较,结果表明,在不同坡度的情况下文中公式都有较好的适用性,且精度较高。     

基于非线性理论的推移质输沙率公式

基于非线性理论的尖点突变模型,分析了水流条件和泥沙颗粒在床面相对位置对泥沙输移过程的非线性动力学特征的影响,得到尖点突变模型的状态变量和控制变量,建立了定性描述泥沙输移的尖点突变模型,并通过坐标变换和拓扑变换,构建了非线性推移质输沙率公式。经与推移质输沙率实测资料、基于同理论推移质输沙率公式和经典推移质输沙率公式对比,分析了低强度输沙时不同公式计算结果存在差异和高强度输沙时计算精度发生突变的原因,讨论了泥沙起动切应力对输沙率公式的影响,验证了本文公式具有良好的适用性,证明了本文非线性推移质输沙率公式是合理的。     

基于CFD的泵站进水池流场水流特性分析

鉴于泵站进水池内的水流条件直接关系到水泵能否正常运行,通过CFD的方法,采用ANSYS 15.0 软件模拟了泵站进水池在无隔墩和有隔墩两种体型下的流场,预测了吸水管内涡核的位置,并分析了进水池内的流态、流速分布规律及吸水管内的流速分布规律。结果表明,进水池设置隔墩后,吸水管内的涡核显著减小,属于水下涡第二类即带核物的涡类型;吸水管中心与进水池后壁、侧墙的距离关系到漩涡的产生,在泵站设计中应予以重视;隔墩对调节进水池内的流速分布和改善水流条件具有一定的作用。     

立方抛物线形渠道水跃共轭水深的迭代算法

基于立方抛物线形渠道断面的几何特点与棱柱体水平明渠的一般水跃方程,推导出了立方抛物线形断面渠道的水跃方程。然后,通过对水跃方程进行恰当的数学变换,得到了计算跃前、跃后水深的迭代公式,且从理论上证明了公式的收敛性。通过对不同流量与断面形状参数下跃前水深所对应的跃后水深进行计算和公式拟合,得到了计算跃前、跃后水深迭代初值的计算式,从而大大加快了迭代计算的收敛速度。实例计算表明,该计算方法简单、收敛速度快、物理概念明确。对生产实践和水工设计手册的修订均有参考价值。     

泥沙起动标准和起动参数的关系研究

采用滚动起动模式,基于颗粒位置随机性和水流脉动特性,提出全概率泥沙起动的计算方法,推导出一个基于全概率理论的起动流速公式。实测资料验证表明,公式的适用性较好。在此基础上,建立了同一起动状态下,起动颗粒数、起动流速、起动切应力、输沙率与起动概率等起动参数之间的对应关系。     

基于床沙随机分布的推移质输移统计规律

为了进一步完善推移质输移理论,采用暴露高度、暴露角定量分析床沙分布的随机特性,并通过试验对床沙随机分布特性进行研究。统计结果表明,暴露高度与暴露角均服从正态分布。基于微层起动概率概念及相对暴露高度与暴露角分布规律,建立了泥沙起动概率计算式。根据泥沙颗粒的受力平衡,推导推移质运动速度表达式,并且借鉴Engelund输沙模型的构建理念,推导了推移质输沙率公式,并利用经典的推移质输沙率实测数据检验了公式,表明该公式具有较好的适用性。     

潼关高程抬升成因相关分析

三门峡水库建库后，库区冲淤变化是潼关高程变化的内在动力和条件，水库运用方式和潼关上游来水条件的改变是库区冲淤变化的潜在原因；潼关上游来沙条件是造成潼关高程上升的唯一根源，但它与潼关高程之间的关系并不密切，它是介于水库运用方式和来水量之间对潼关高程起调节平衡作用的淤积体供应源；水库运用方式对潼关高程产生影响的实质是，通过抬高水流侵蚀基准面，降低水流比降和水流冲刷力，使潼关高程在年内得不到有效的冲刷而使潼关高程保持持续上升状态；潼Dian段河床变化是潼关高程变化的直观的、外在原因，它的作用就是根据库区冲淤变化，通过自身的调整，使其上游河床得到调整；潼Dian段的累计淤积量及Dian（土夺）高程对潼关高程具有重要的影响，但不是影响潼关高程升降的独立影响因素。