非均匀沙起动研究

非均匀沙运动规律与均匀沙明显不同。本文从非均匀沙起动的特点出发，阐述了其运动机理，采用滚动起动模式。通过对附加质量力的概念及表达式和相对暴露度参数的引入，推出了非均匀沙起动公式。并用实测资料进行了验证，同其它学者们的公式相比较为合理。同时得到了均匀沙的起动公式，其系数涵盖了其它均匀沙公式。说明本文公式较好的反映了非均匀沙的起动特性。     

以公切角表征的非均匀沙起动流速

引入表征床沙位置的泥沙切点公切线与水平面的交角为参数，依据泥沙起动研究床面表层泥沙由静止到运动的临界条件的观点，确定了以公切角变化范围表征的泥沙起动判别条件，把非均匀沙的荫曝作用与其在床面位置和起动粒径相联系，以公切角表示起动力臂，按照指数流速公式形式，根据滚动平衡条件推导，建立了与床面位置相关的非均匀沙起动流速公式，给出了平均情况下相应于不同粒径的公切角计算式。利用13组，133次实验资料对公式进行了验证，证明公式具有较高的精度。     

无黏性非均匀沙起动条件对比研究

分析表明运用等效粒径概念进行非均匀沙起动条件计算是十分方便的。利用现有河流动力学的成果,通过一定的转换,获得了较有影响的八家非均匀沙起动公式的等效粒径表达式,研究发现尽管它们都能反映出较细颗粒受到荫蔽作用、较粗颗粒受到暴露作用的特性,但各家公式中区分泥沙颗粒受到荫蔽或暴露作用的特征粒径是不同的。分析了各家公式反映出的非均匀沙起动时的分选作用。运用长江万县站资料对比研究了各家等效粒径计算式,为长江万县段合理选用非均匀卵石起动条件提供了依据。     

坡面非均匀沙起动规律研究

文章根据细颗粒泥沙起动特点 ,在坡面泥沙受力分析中 ,考虑了粘着力的作用 ,采用目前国内普遍使用的暴露度概念来反映非均匀沙的荫暴作用 ,将统计方法得到的暴露度引用到泥沙的起动公式中。采用滚动模式建立了坡面粘性非均匀泥沙的起动公式 ,并用试验资料进行了验证。通过试验资料验证的结果表明 ,在坡面粘性泥沙的起动中 ,考虑暴露度和粘性是合理的。     

斜坡上非均匀沙起动条件初探

在经典力学的基础上，以某一概率作为定量起动标准。考虑到床面颗粒的相互隐暴影响，引入了等效粒径来研究泥沙的起动条件。推导了斜面上非均匀沙的起动条件。计算得到了泥沙起动时临界无量纲切应力参数。采用实测资料对文中所得结论进行了验证，吻合较好。     

粗化层试验与预报

从试验和理论角度对床面冲刷形成粗化层问题作了研究。基于冲刷粗化试验资料并结合非均匀沙分级起动公式确定了粗化层形成和完全破坏的临界水力条件。文中建立了以非均匀沙分级起动概率为核心可同时预报粗化层级配和冲刷深度的冲刷粗化多步随机模式,预报结果与粗化试验资料颇为一致。     

基于阻力特性的粗糙度计算方法

床面粗糙度Ks是沙粒阻力计算的重要因素，对流速分布、推移质运动及输沙率等问题的研究具有重要的意义。基于阻力特性，综合考虑水沙条件，建立了以泥沙中值粒径、非均匀系数、水力半径和床面坡度为变量的床面粗糙度计算公式。经实测资料验证，并与其他学者的计算方法进行均方差分析对比发现，基于非均匀沙的Ks计算方法的计算精度明显高于基于均匀沙的Ks计算方法；本文公式既适用于均匀沙粗糙度计算，也适用于非均匀沙粗糙度计算，且计算精度明显高于其他学者的计算精度；床面沙波及泥沙输移对公式计算精度的影响均较小，沙波的影响程度小于泥沙输移的影响程度。     

非均匀悬移质泥沙弥散速度本构方程

天然河流中泥沙由非均匀颗粒组成，泥沙的非均匀性对于水沙运动和河床演变过程具有重要影响。然而目前非均匀悬移质泥沙研究中很少考虑不同粒径颗粒相互作用，颗粒相互作用对非均匀沙悬浮的贡献仍不明确。本文旨在建立非均匀悬移质泥沙弥散速度本构方程，其可反映非均匀泥沙悬浮的主要力学机制。首先，基于固液两相流理论，建立非均匀沙挟沙水流的两相流方程，充分考虑不同粒径颗粒相互作用力，并推导挟沙水流两相浑水方程以避免相间作用耦合复杂的问题。其次，为封闭两相浑水方程，引入弥散速度的概念，建立非均匀沙各粒径组弥散速度本构方程，揭示非均匀沙悬浮本质上是浑水紊动、颗粒自身作用、其他粒径颗粒作用三种作用共同影响的结果。最后，基于非均匀沙弥散速度本构方程得到非均匀悬移质泥沙的输沙方程，分析非均匀沙浓度垂线分布规律，将其应用于明渠恒定均匀流中，计算的非均匀沙浓度垂线分布与实验数据能较好地吻合。相对于均匀沙公式，在浓度相对较高、粒径差异大的条件下，非均匀沙公式的计算值与实验值符合得更好，进一步验证了非均匀沙弥散速度本构方程能够从力学本质上反映不同粒径颗粒相互作用对颗粒悬浮的影响机制。     

泥沙颗粒休止角与表层沙摩擦角研究进展

探讨了泥沙颗粒的休止角、天然坡角、表层沙摩擦角、内摩擦角和外摩擦角之间的联系与区别,评述了3种常用的泥沙颗粒休止角试验方法,归纳了影响泥沙颗粒休止角以及表层沙摩擦角的因素,探讨了分选系数η峰度系数K和偏度系数S对非均匀沙休止角的影响,基于泥沙起动概念推求了泥沙颗粒表层沙摩擦角与颗粒相对隐蔽度的函数关系,进而论证了表层沙摩擦角随底板粗糙度增加而增大,介绍了动水休止角与动态休止角的区别,最后对非均匀沙休止角和表层沙摩擦角的试验方法及其工程应用提出了展望。     

宽级配卵石起动规律研究

卵石的起动有其特殊性。本文针对卵石颗粒及其起动特点 ,考虑卵石颗粒形状的影响 ,引入形状系数及相对暴露度系数 ,从卵石的等效粒径出发 ,采用滚动起动模式 ,导出了卵石起动流速公式。并用天然河流实测资料和水槽试验实测资料进行了验证 ,符合较好。     

竖轴旋涡对丁坝坝头块石颗粒起动的影响

研究丁坝坝头块石的走失原因对河道整治工程、路基桥梁等的经济和安全都有很重要的意义。通过采用静止流场中圆柱旋涡产生的流场与明槽均匀流动的叠加对流场进行了简化,分析了竖轴旋涡对块石颗粒的作用,并求解了在旋涡吸力及绕流升力作用下颗粒的瞬时起动流速;计算表明瞬时起动流速比时均情况下起动流速要小的多,解释了时均情况下难以起动的块体在旋涡瞬时吸力下能被卷走的原因;分析了坝长和束窄率对瞬时起动流速的影响,为进一步分析竖轴旋涡对坝前颗粒运动及局部冲刷的作用建立了基础。     

粗化层破坏的试验研究和机理分析

本文选用粒径为0.05-25.0mm的天然沙,在长16m,宽0.3m,深0.4m的变坡玻璃水槽中进行了3种级配的14组次粗化层形成和连续破坏的试验。在前人研究基础上,根据试验观察和泥沙起动判别条件,将普动作为粗化层破坏的判别条件。在分析试验资料的基础上,初步探讨了粗化层破坏的机理,得到了粗化层破坏的初步水流条件,发现粗化层破坏流速与一般泥沙起动流速不同,粗化层越粗,破坏流速越大。     

长江中游卵石夹沙河段二维水沙数学模型

针对长江中游宜昌至枝城河段卵石夹沙河床级配分布宽等特点,建立了非均匀悬沙、底沙二维数学模型,尤其是考虑了底沙的不平衡输移及冲淤过程中床沙的级配调整问题,对计算中的关键问题提出了处理方法,利用水文、泥沙及河床变形资料对模型进行了水面线、流速分布及冲淤过程的详细验证,尤其是进行了葛洲坝水利枢纽运用后、1998年洪水前后及三峡工程运用后的验证.在此基础上,根据设计单位一维数模提供的水沙边界条件,预测了三峡工程蓄水初期该河段的冲刷量、分布及床沙粗化过程.     

基于恒电压模式PEMFC冷起动性能研究

对质子交换膜燃料电池冷起动系统进行实验研究,分别测试了电堆初始温度、起动电压、吹扫时间等多种因素对电堆冷起动性能的影响。实验结果表明:电堆初始温度越低,电堆起动越困难;在一定电压范围内,电堆电压越低,冷起动性能越好;吹扫时间的长短对电堆冷起动性能影响较大;冷起动过程中,电堆内单电池电压呈现非均匀变化。     

泥沙随机起动的简化模式

泥沙的起动既有随机性，又有模糊性，据此作者将模糊数学方法引入泥沙起动研究。建立了直接反映泥沙随机起动特性的起动流速计算模式，该模式得到了实测资料的检验。这一模式可以体现泥沙起动的随机性，较好地反映了泥沙起动的本来面目     

新型异步起动铁氧体电机转子结构设计

异步起动永磁同步电机受到越来越多的关注,但钕铁硼永磁材料高昂的价格使其难以普及。为提高异步电机的性能,且避免大幅增加成本,提出了一种基于铁氧体永磁材料的转子和转子导条非均匀分布的新型异步起动电机拓扑结构,相对于传统的转子导条均匀布置的方式,新结构电机有效地提高了电机稳态性能。并对电机转子结构进行了优化设计,提高了电机的起动性能和同步能力。采用有限元方法对电机进行了仿真分析,结果表明新结构异步起动铁氧体电机有效改善了传统异步电机的性能指标。     

非设计工况下虹吸式出水流道内流数值分析

采用非结构化网格和SIMPLEC算法，对非设计工况下虹吸式出水流道的内部流动进行了数值分析。结果表明，轴流泵后导叶出口断面流速分布不均匀，存在横向流速和剩余环量，与均匀、无旋和轴向出流假定有明显差别。在非设计工况下，虹吸式出水流道内部流态恶化，下降段和出口段的回流区范围增大，驼峰断面和出口断面轴向流速分布均匀度显著下降。在Q=3501／s时，出口断面左右两侧质量加权平均流速分别增大了93．39％和35．54％。研究还发现，流道右侧的流量大于流道左侧的流量，在p=2501／s及Q=4201／s时，左右侧流量比高达1：2．33。非设计工况下流道的水力损失恒大于相同流量时设计工况下的水力损失，左侧的水力损失大于右侧的水力损失，且不符合二次抛物线变化规律。在水泵最高效率点附近，设计工况与设计工况下水力损失的差值有最小值。     

轴向非均匀热流条件下超临界二氧化碳垂直管内换热特性

针对超临界二氧化碳(S-CO₂)燃煤锅炉冷却壁热边界条件的实际分布，采用SST k-ω低雷诺数湍流模型，数值模拟研究了半周加热轴向非均匀热流作用下S-CO₂在垂直圆管内的传热特性，分析了不同热流分布、质量流速对换热性能以及圆管内壁温度分布的影响。研究结果表明：轴向非均匀热流分布对S-CO₂传热具有显著影响，在平均热流相同的条件下，相较于均匀热流分布，轴向非均匀热流分布下总传热系数最大提高了约8%；轴向非均匀热流分布对传热恶化有抑制作用，有效降低了壁温峰值点；非均匀热流条件下，S-CO₂传热主要受类气膜厚度、类气膜导热系数及近壁区定压比热容的影响较大。研究结果可为燃煤S-CO₂锅炉设计提供理论指导。     

下游设有防护坝的浅基桥梁局部冲刷研究

针对桥梁下游设置防护坝后桥墩局部冲刷特点,通过水槽单体模型60多个组次的局部冲刷试验研究,分析了桥墩局部冲刷的机理和影响冲刷深度的因素。系列试验分析表明,在设有防护坝的边界条件下,桥墩局部冲刷既受来流流速、下切涡旋、桥墩形状尺寸、床沙粒径与级配的影响,同时还受防护坝距离与坝顶高程的制约。作者引入"控制底坡"反映防护坝拦沙以及对桥墩防护的影响,在理论推导与量纲分析的基础上,通过多元回归分析,推导出有拦沙坝防护的非均匀沙桥墩局部冲刷计算公式。该公式与实测数据有很好的拟合性,本文提出的最优控制底坡也为浅基桥梁防护工程设计提供了参考依据。     

不同含沙量不同流速时材料的磨蚀失效特性

采用花园口黄河原型沙（ｄ５０＝０．０３ｍｍ），在Ｎ－ＣＡ转盘气蚀仪上对三种材料进行了四种含沙量、六个流速的磨蚀失效特性试验研究。在试验的含沙量及流速范围内，三种材料的磨蚀失效随含沙量的加大、流速的增加而呈幂函数变化。当流速大于２５ｍ／ｓ时，材料的磨蚀速度加剧。