ADCP在天然河流大尺度紊动结构研究中的应用

介绍了声学多普勒流速剖面仪(ADCP)在天然河流大尺度紊动结构研究中的应用情况与ADCP的工作原理,并基于符合准恒定、准平衡条件的水流状况,根据大量的实测数据,对天然水流紊动特性进行了分析,加深了对天然水流紊动特性的认识．     

矩形明渠中矩形边墩周围紊动强度和雷诺应力分布特性试验

利用声学多普勒流速仪(ADV)测量矩形断面明渠中矩形边墩周围不同垂线、不同测点的瞬时流速,计算出水质点的三维相对紊动强度和雷诺应力,分析其变化特征。试验表明,紊动强度和雷诺应力在边墩周围明显增大且具有相类似的分布特征。该研究可为水流的紊动结构、丁坝与桥梁矩形边墩的水流紊动特性和冲刷机理提供验证资料。     

水跃强紊动区中动水压力和雷诺应力的计算方法

水跃区是含有回流的复杂紊流区,限于目前的测试手段,要直接测得水跃强紊动区中动水压力和剪切力沿断面的分布情况是比较困难的。本文由N—S方程入手,从理论上导出了动水压力和剪切力的计算公式,并指出了求解     

天然微弯河道雷诺应力分析

采用多谱勒三相流速仪,在长江干流黄陵庙水文观测断面进行脉动流速观测,获得了不同流量级、不同垂线的脉动流速资料。在普朗特掺长假定的基础上对掺长与水深的函数关系进行分析研究,目的是寻求雷诺应力计算的可行途径,并为天然河流雷诺方程的封闭探求方法。提出了计算掺长的拟合多项式,基于提出的拟合多项式对雷诺应力进行计算,计算值与实测资料吻合良好。     

挟沙水流紊动扩散系数的研究

本文通过理论分析，得到剪切紊流中紊动粘性系数υt(紊动扩散系数)沿水深服从F-分布，用于计算悬移质含沙量沿垂线分布与Rouse公式、张红武公式一致，规律符合实际，可用之于紊流计算与分析.     

天然河道紊动扩散系数研究

在天然河流的水流泥沙数值模拟计算中,衡量模型模拟计算好坏的常用标准是模型的计算精度,而影响模型计算精度的因素主要体现在动量传递系数和紊动扩散系数的合理取值。在普朗特掺长假定和动量传递理论的基础上,将雷诺应力与时均流速梯度联系起来,并利用长江干流黄陵庙水文观测断面不同流量级、不同垂线脉动流速以及悬移质含沙量沿垂线分布的观测资料,计算与分析了水流的动量传递系数与小尺度紊动扩散系数的大小及其两者的关系,结果可为平面二维工程紊流计算问题提供参考依据。     

河流底流中重金属释放的水流紊动效应

紊动条件下，重金属释放主要决定于水流挟沙力和水流紊动力强度，通过动态试验，求得了水流挟沙力公式利用因次分析的方法，得出了同一时刻重金属释放浓度与水流紊动强度间的关系，以重金属释放动力学为基础，绘合河流中泥沙运动规律及水流紊动强度与重金属释放的关系，建立了水流紊动条件下重金属释放的动力学模型，以该模型描述不同系动条件下重金属释放的动力学过程，得到了满意结果。     

泥沙河道管线冲刷的紊动强度及雷诺应力特性实验探究

本研究借助实验室比尺模拟实验的方式,对河道管线冲刷的紊动强度及雷诺应力特性进行实验研究,探究泥沙河道管线未冲刷、起冲刷和冲刷裸露至稳定工况下的管线紊动强度及雷诺应力演变规律,为泥沙河道管线的设计施工提供实验数据参考。实验揭示,各工况条件下,中层液面以上1.5倍管线直径的管线后方区域的雷诺应力与紊动强度数值较大,此范围内管线应加以保护,管线埋设应尽可能靠近沙泥底层。     

潮流紊动特性试验研究

开展潮流的紊动特性研究,对于了解潮汐水域泥沙及污染物输运机理、保护生态环境具有重要意义。本文通过水槽试验系统全面地研究了潮位正弦变化的往复流紊动特性随潮变化规律,以100 Hz的高采样频率连续采集主流区测点三维瞬时流速,根据移动平均法及最小二乘原理计算时均流速过程曲线,据此分析了紊动强度及雷诺切应力随潮变化规律、特征潮时概率密度分布与正态分布的差异,以及脉动流速的紊动能谱。研究结果表明,水流纵向流速随潮近似于正弦规律变化;纵向、横向与垂向的相对紊动强度在转潮阶段出现峰值;涨急与落急时段,与纵向脉动流速相关的雷诺切应力相对较大,纵向与垂向脉动流速概率密度分布偏离正态分布;特征潮时的脉动能谱密度均随频率增大而减小,水流能量主要集中在10 Hz以内。     

天然河道水流紊动特性分析

本文采用超声多普勒三向流速仪对不同流量级的条件下长江干流黄陵庙水文观测断面不同垂线的脉动流速进行了观测。根据现场观测资料,对水流的紊动周期、频率、概率密度函数等进行了定量的数学描述,并对时均流速、紊动强度、雷诺应力等沿垂线的分布规律进行了分析计算。结果表明,脉动流速的概率分布在充分发展的自由紊流区近似为正态分布,在近壁强剪切紊流区为偏态分布;各垂线紊动强度在相对水深大于0．4的范围内比较均匀,在接近河底处升高,达到最大值后迅速减小,至河底为零。     

Detrended analysis of Reynolds stress in a decaying turbulent flow in a wind tunnel with active grids简

Multi-scale properties of Reynolds stress in decaying turbulence in a wind tunnel with high Reynolds number are investigated. Two filtering techniques i.e., the zeroth-order and first-order detrending methods are applied to the two velocity components, where the local mean value (resp. local linear trend) is removed in the former (latter) technique. Some basic statistics for thirty measurements show that the variation is very large at first two locations and relatively small at last two locations. Moderately good power law is found for the mean value of local Reynolds stress at last three measurement locations with scaling exponents approximately being 1.0 and a dual power law exists for the mean value of standard deviation of local Reynolds stress at all four measurement locations with scaling exponents being 0.53 and 0.58 for zerothand first-order filtering respectively. Present results about local Reynolds stress are useful to build and evaluate the model of sub-grid Reynolds stress in large eddy simulations.     

OBSERVATION AND ANALYSIS ON CHARACTERISTIC OF NATURAL RIVERS

Based on the previous study on turbulent structure, field experiments on fluctuation velocity were carried out in section Huanglingmiao of main stream of Yangtze River with a 3-D Doppler velocimeter. And a number of data such as velocity of different discharge and different vertical line were obtained. According to the field experiment data, period, frequency, period function and probability density function of large-scale coherent structure in natural river were prescribed by means of quantitative analysis. And the problem about distribution of time average velocity, turbulent intensity and Reynolds stress along depth were further analyzed and calculated. The results in this paper will deepen the understand of large-scale turbulent structure in natural river and so make the base for applying“turbulence theory” to water conservancy, hydroelectric, environment engineering and so on.     

生态河道种植圈对水流水力特性的影响

采用三维超声波多普勒测速仪对河道生态修复中种植圈布设前后的工况量测,比较了布设种植圈前后的流速分布、紊动强度和雷诺应力的变化．结果表明,布设种植圈后,纵向流速分布波动明显,相对紊动强度和雷诺应力均略有增加．     

GMRES解法在大型河网数值计算中的应用

将基于稀疏矩阵通用的按行存储方法的广义最小化残差算法应用于大型河网数值计算中，使大型河网的节点编号更具任意性，只需保证节点编号前后的一致性，而无需优化节点编码，实例计算结果表明，该算法精确、高效。     

无黏性沙质床面上冲积河湾形成和演变规律自然模型试验研究

采用无黏性中粗沙进行河流演变的自然模型试验,通过调整流量、初始河道形态等在室内模型河流中进行河湾塑造的尝试,分析冲积河流河道展宽规律,另外对典型河湾的演变规律进行试验研究。研究表明,河道的横向稳定性是河湾发育的重要条件,试验中泥沙抗冲能力的低弱使得河岸的稳定性难以保持,致使河流向分汉、游荡和辫状河型的方向发展;河岸后退的方式不但与河岸土体抗冲能力有关,而且与当地河道水动力特性和河岸坡降等因素有关;河道展宽速率反映了河流断面与水流条件不相协调的程度,随时间呈指数下降趋势,河流横断面演变所需的时间尺度远小于横向摆动所需的时间尺度;典型的河湾形态以局部扰动引起河岸失稳的方式横向发展。     

有漂浮植物河道水流的雷诺应力研究

水生植物的种植改变了原先河道的水流结构，影响了水体的水流特性．通过室内试验，分析了在河道种植风眼莲前后水流时均流速和雷诺应力的变化．试验结果表明，风眼莲对各向时均流速和雷诺应力的分布影响明显，且不同种植方式的影响程度也不同．     

河流自然模型试验时效的研究

在概述河流自然模型试验定义和前人众多试验研究的基础上,讨论了试验时间的确定对河流自然模型试验的意义。结合对概化水槽试验的分析,论述了河流自然模型试验时效的定义、实质及其影响因素,初步得出试验时效与河床组成、河谷比降以及流量的关系,并提出时效的判定指标。通过相似理论以及河段裁弯概化模型试验与天然河流的对比,对其合理性进行了初步验证。最后,引入“空代时”假说,分析了该假说在时效验证中的可行性。