不同人工植被分布条件下坡面水流动力学特性试验研究

基于一系列坡面流试验研究了人工植被条件下的坡面水流动力特性,即水深、流速、弗劳德数、雷诺数及阻力系数随不同植被分布条件、流量和坡度的变化规律。试验包括11°、13°、15°和18°等4种坡度,单宽流量为0.64-5.5L/s.m。试验结果表明,水动力学参数受植被分布影响显著,植被的阻水减速效果明显,阻力系数f随坡度以及弗劳德数增大而降低,阻力系数与雷诺数基本上呈幂函数负相关,随着坡度的增加,其相关性减弱。通过引入植被分布特征角及坡面水流参数,建立了植被坡面水流阻力达西系数计算方法。     

堆积体作用下水流水力特性变化试验研究

河道中存在堆积体时,水流水力特性将会改变。为分析堆积体不同阻水作用下的作用机理,进行水槽试验。通过对床面比降、堆积体尺度和上游来流条件的控制,研究不同堆积体尺度条件下的水位变化,分析堆积体对附加比降的影响,探讨堆积体附近水流流态的变化规律。结果表明:河道比降相同时,流量越小、堆积体尺度越大,壅水高度和影响范围越大。其他条件相同时,随着河道比降的增大,水流从缓流向急流发展,附加比降值随堆积体尺度的增大而增大;但达到急流条件后,水面附加比降随堆积体尺度增大反而有减小的趋势。     

（研究生论坛）滩地一排植被作用下的复式河槽水流特性研究

为研究滩地种植一排植被情况下,梯形复式河槽断面的垂线平均流速分布和床面剪切应力分布,进行了4种方案的室内水槽试验。分别采用多普勒三维流速仪（ADV）和普雷斯托管对流速和床面剪切应力进行了测量。试验结果表明,植被处于淹没状态时,主槽中心线和滩地中心线附近的垂线流速呈对数分布,而在植被区域的垂线流速呈S型分布。流量的增加和植被间距的加大将引起同一垂线的平均流速增大。床面剪切应力值在植被区域达到最小值,表明植被对断面的床面剪切应力有显著削弱作用。流量越大、植被密度越小,床面剪切应力值就越大,但床面剪切应力占水流阻力的比重越小。     

堆积体作用下水流水力特性变化试验研究（研究生论坛）

河道中存在堆积体时,水流水力特性将会改变。为分析堆积体不同阻水作用下的作用机理,本文进行了水槽试验。通过对床面比降、堆积体尺度和上游来流条件的控制,研究了不同堆积体尺度条件下的水位变化,分析了堆积体对附加比降的影响,探讨了堆积体附近水流流态的变化规律。结果表明：河道比降相同时,流量越小、堆积体尺度越大,壅水高度和影响范围越大。其它条件相同时,随着河道比降的增大,水流从缓流向急流发展,附加比降值随堆积体尺度的增大而增大;但达到急流条件后,水面附加比降随堆积体尺度增大反而有减小的趋势。     

弯曲型河道水流流速分布及阻力试验

弯曲型河道水流运动规律及阻力特性在水利工程许多领域中占有十分重要的位置.对正弦派生曲线、梯形断面的连续弯曲型河道开展了物理模型试验,采用日本ACM2-RS型X-Y方向2轴电磁流速计对水流流速进行了测量,并对水流阻力进行了分析.结果表明,弯顶水流纵向时均流速分布接近抛物线型,最大流速点位于上部水面以下,整体上大下小,而顺直过渡段水流纵向时均流速分布最大流速点位于底部,整体上小下大;弯道段纵向垂线平均流速横向分布沿程依次为自由涡、均匀流及强迫涡分布;弯顶中垂线水流横向环流随流量、水深的增大而增大,零流速点的相对水深值大致在0.4～0.6范围以内;弯曲型河道水流阻力系数随着过水断面平均水深、水力半径的增大而增大,随着过水断面宽深比的增大而减小.     

坡面柔性植被阻水效应及其局部水头损失特性试验研究

基于系列坡面流试验,研究了柔性植被条件对坡面流水动力特性的影响.结果表明:由于植被阻水及水流混掺效应,不同区域的水流阻力产生机理存在着显著差异,在植被尾部和水跃段区域,局部水头损失系数与单宽流量的关系分别表现二次曲线特征及指数衰减趋势.此外,基于本试验的植被条件排列方式,以染色法测试坡面流表面流速,得出坡面流平均流速的修正系数约为α=0.23±0.02.     

岸坡植被对复式河道水动力特性影响的数值模拟

广泛分布于天然河道岸坡的植被能够改变河道水流特性,进而影响坡脚淘刷、河岸稳定及河道形态演变趋势。为精细揭示岸坡植被对复式河道水动力特性的影响,提出植被固壁边界处理方法,利用雷诺应力模型封闭紊流控制方程构建了复式河道三维水动力数学模型,并对复式河道水流特性进行了模型验证,模拟结果与实测结果吻合较好。将该模型应用于岸坡有植被的复式河道水流特性研究,对比非淹没刚性植被、淹没刚性植被、淹没与非淹没刚性植被交替和无植被情况下流速、流量、河床剪应力、雷诺应力以及紊动能分布的差异。结果表明：岸坡植被加剧了滩槽间横向动量交换,引起二次流涡旋数量、强度和范围的增加,同时使得横断面流速、流量分配、河床剪应力、雷诺应力及紊动能在滩槽交界区显著减小,紊动交换在临近植被的周边区域明显增加。其中岸坡种植非淹没刚性植被时效果最为显著,相比无植被情况,二次流涡旋数量增加了一对,岸坡植被区流速、流量分配、河床剪应力、雷诺应力及紊动能大幅减小,甚至趋近于零,而临近植被的周围区域紊动交换剧烈,无量纲化的紊动能值可达到20。     

圆形植被群的水流与阻力研究

河道中的植被群对水流和河道形态都有影响。针对不同植被群对水流可能产生的影响,植被密度a和植被群直径D组成的阻水系数aD被用来衡量水流经过圆形植被群的出流流速大小。通过重新定义阻力公式中的流速尺度和面积尺度,得到新的圆形植被群阻力系数。新的阻力系数与阻水系数aD呈负相关关系。植被群出流流速公式通过他人实验数据得到验证,模型较为合理。新的阻力系数可以方便地用来计算圆形植被群的阻力。     

滩地植被对弯曲漫滩河道主槽二次流发展的影响研究

滩地植被对河道水沙运动及河床演变具有重要的影响,尤其当洪水期水流漫滩时。为了弄清高密度植被对弯曲主河道水流特性的影响,作者采用模型试验,在弯曲复式河道滩地铺设模型草,模拟天然植被,通过改变上游来流量,研究了高密度植被对主槽二次流涡团高度及涡团中心位置的影响。结果表明,滩地植被对弯中断面附近的二次流涡团高度影响最大,二次流涡团高度在滩地无植被时等于主槽高度,而在滩地有植被后等于主槽高度加上滩地植被冠层高度,此时,滩地植被等效增大了主槽高度。进入弯段后,滩地植被对二次流涡团高度的影响逐渐减小,在弯顶断面可以忽略滩地植被的影响。根据试验结果,提出了不同断面二次流涡团中心位置的预测方法并用不同来源的数据进行检验,发现该方法可以准确预测弯曲主槽中不同断面的二次流涡团中心位置。最后,讨论了二次流相对强度与主槽过流率之间的关系,发现无论滩地是否有植被,最大主槽过流率总是出现在二次流相对强度较小的弯顶断面。在相同水深条件下,主槽过流率在有植被漫滩河道中比无植被河道大。随着主槽水深（相对水深）增大,有植被和无植被工况各断面的过流率差值减小。当主槽水深接近或小于滩地植被冠层高度和主槽高度之和时,弯曲主槽中的二次流涡团沿程变化特性将与非漫滩弯曲河道的二次流涡团沿程变化特性十分相似。     

植被群河道水流特性试验研究

为研究河道中植被群的存在以及床面糙率对植被群上下游的水流特性产生的影响,分别设计了动床与定床情况下的试验,试验中采用木质圆柱模拟植株组成疏密不同的非淹没圆形植被群。通过研究含植被群水流的流速和紊动动能的分布,来分析植被群上游水流调整长度和尾流的形成与发展过程。试验研究表明,当植被群的直径不变时,试验表明植被群上游的水流调整长度与植被群的密度无关,在该试验条件下,床面糙率对其影响可以忽略;提出体积分数φ作为综合表征植被群密度与植被群直径的参数,比较床面糙率与体积分数φ对完整尾流长度的贡献,发现植被群后形成的完整尾流长度L的大小主要与体积分数φ值有关,且φ值越大L值就越小;植被群后的流速分布主要受床面糙率和体积分数φ值影响,而稳定尾流长度L1的形成主要与φ值有关,并且研究表明在φ=6%附近,L1/D出现最大值;植被群后的尾流结构中一般会出现两个紊动动能的波峰,其位置主要受植被群的密度以及床面糙率影响。由于植被群密度的不同,尾流结构中水体的能量的交换和横向剪切层的发展也不相同,这是影响植被群后的流速恢复至正常流速的位置和稳定尾流形成的主要因素。本文成果可为进一步分析不同的床面糙率下水流与植被的相互作用的研究提供参考。     

中小型火电厂调峰给水泵运行方式经济性研究

结合具体实例对中小型电厂给水泵定速调节运行方式的不合理性作了分析,探讨了中装液力偶合器进行变速调节所能带来的经济效益。由实际测量得到的管路阻力和流量的关系,确定了给水管路阻力特性,并将其用于变速调节节能潜力的分析。另个,在分析时考虑了给不焓升因素的影响。对于在母管制给水系统中,采用给水泵变速调节并联运行时可能出现的问题进行了分析,并提出了相应的措施。     

沿海河道生境特征及植物群落构建研究

在中国东南沿海及感潮河口地区的新围垦土地上,每年都有数百公里新河道出现.这些河道具有普通平原河道的水文、水力学特征,同时具有沿海、河口地区特殊的气象、土壤特征.河床、河岸土壤来源于滩涂淤泥,含盐率普遍较高.河岸滨水带坡陡,持水持肥能力低,高坡位易受干旱、盐分胁迫,而在常水位附近,又常受涝渍胁迫.夏秋季节,常受台风、暴雨袭击,河岸易生土壤侵蚀、滑坡、塌岸现象.而在干旱的秋冬季节,在海风作用下,缺乏植被覆盖的河岸成了沙尘的源地.植物生境条件非常恶劣,如果不进行人工植物措施干预,成陆后很长一段时间,沿海河道都难以形成稳定、健康的植物群落.为了加快沿海河道植物群落构建、改善沿海河道生态环境,课题组在浙江省科研基金资助下,在全省沿海及钱塘江河口地区选择了多处试验河道,持续开展了5a的试验研究,优选了包括木麻黄、柽柳、狗牙根等20多种适宜植物,构建了 6个稳定、健康的植物群落,并在全省各地建设了多处示范工程.试点、示范工程河岸植被覆盖率、郁闭度、三维绿量逐年提高,河岸抗侵蚀能力增强,土壤侵蚀明显减少,取得了显著的生态、社会效益.研究成果在全省各地被普遍推广应用,部分成果写入浙江省河道生态建设标准.     

植被条件下坡面薄层水流动力学特性试验研究

基于系列坡面流试验,研究了植被条件对坡面流水动力特性的影响。结果表明:相同流量与坡度条件下,由于柔韧植被的阻水作用,光面条件下的流速远大于柔韧植被作用的流速,随着植被刚度及密度的增加,坡面流流速、弗劳德数呈现递减趋势。由于植被阻水及水流混掺效应,Darcy-Weisbath阻力系数基本随雷诺数增大而增大,而一般研究认为阻力系数随雷诺数的增大而减小,由此表明,坡面阻力系数与雷诺数并不存在单调的递增或递减关系,而与坡面糙度单元组成存在较强的依赖关系。     

火电厂双管式烟囱内筒的流动特性

采用计算流体力学的方法,分析常规烟囱内筒的流动特征,包括流动角区的分布、流动压降的分布,以及横截面积和侧面积对流动阻力的影响.针对半圆形内筒压降较大的问题,提出一种优弧弓形内筒,可有效结合圆形内筒和半圆形内筒的优点,具有结构紧凑、横截面积小且流动压降低的特点.研究表明,当内筒横截面积相同时,优弧弓形内筒的压降小于半圆形...     

多孔微通道扁管发展段流动换热特性实验研究

为了提高电子器件的散热能力,减少高温引起的器件性能降低和寿命缩短的问题,对多孔微通道平行流扁管单相对流换热在发展段高热流下的流动特性和换热能力进行对比研究,并从单双面加热、不同消除接触热阻的方法和不同热流密度3个方面对微通道发展段的换热能力的影响进行评价.该通道水力直径Dh=1.09 mm,高宽比α=0.85,雷诺数Re=206~4 553.实验结果显示:发展段的摩擦阻力特性层流区与经典理论较为吻合;实验管段单面加热比双面加热在换热能力上有明显增强,但随着Re的增加差距降低;消除接触热阻的方法对换热的影响差别明显不能忽略,采用钎焊的方法与填充导热硅脂的方法相比,可使加热件表面温度降低10℃;在Re1 000时,流体黏性变化对换热的影响较为明显,在高Re区域,不同热流密度下Nu值基本一致.     

推进器与车体相互作用的理论及数值分析

分别以推进器中的流体和车体为对象建立了受力模型，指出了推进器对车体阻力的直接和间接影响.直接影响有3种情况:进水口使迎水面减少导致阻力增加、进水口使车底边界层由层流变湍流导致阻力增加，以及推进器中水的重量导致车体阻力增加；间接影响则导致车辆产生尾倾和首倾.基于局部平衡假设，推导了不同速度时两栖车辆边界起始网格的大小变化规律，在对喷水推进器作了适当简化后，建立了两栖车辆水上仿真计算的边界模型.分析结果表明，推进器可使车体在水上的阻力增加15％以上，适当增加车体的攻角有助于提高推进器的工作效率.     

矩形薄壁堰贴壁流水力学特性的试验研究

矩形薄壁堰在堰上起始水流稳定且小流量的情况下,易形成贴壁堰流现象.应用水力学的方法,对矩形薄壁堰贴壁流水力学特性进行了深入的试验研究.通过研究发现:贴壁流的水面曲线与自由流的水面曲线差别很大;贴壁流水头与流量之间存在着稳定的关系,并拟合出了贴壁流的流量公式;贴壁流的过流能力比自由流大;贴壁流的临界水头为H贴临=4.99～5.05 cm.与自由流相同,矩形薄壁堰贴壁流的水力学特性稳定而且规律.     

抽水蓄能电站水力过渡过程的可压缩管流基本方程和计算方法

给出了抽水蓄能电站的水力过渡过程中弹性管道内可压缩非定常流动的基本方程组，讨论了稳定工况时弹性管道内可压缩定常流动的数值计算的方程和方法，并利用特征线方法得到了水力过渡过程中弹性管道内可压缩非定常流动的特征方程和计算公式。     

渔子溪水电站水轮机技术改造

根据渔子溪水电站的实际参数,采用数值和实验研究,提出了改造水轮机过流部件的方案,改造后的水轮机,改善了叶片的空蚀和机组运行的稳定性,提高了水轮机效率,增大了机组出力。