复式河槽平均局部阻力系数的研究

研究了SKM法中的平均局部阻力系数,将复式河槽分为4个区域,运用SERS—FCF系列试验资料对各区平均局部阻力系数之间的关系进行了探求.研究发现滩地平均局部阻力系数与相对水深呈乘幂关系,主槽区与滩地区平均阻力系数之比与相对水深可用二次函数表示,主槽、滩地边坡可用主槽区和滩地平均阻力系数表示.滩地平均局部阻力系数与达西阻力系数符合线性关系,而主槽两值之比与相对水深满足对数分布.用平均局部阻力系数推求断面总过流量发现计算值偏大,经过修正后发现计算值与实测值吻合较好.     

渐扩式水跃跃后水深的计算

分析渐扩式水跃局部阻力系数随一般二元水跃局部阻力系数变化的规律,利用能量方程推导渐扩式水跃跃后水深的计算公式,得出了渐扩式水跃新的计算方法和跃后水深新公式,通过实际工程和已有公式对其正确性进行了验证。分析认为,在工程应用范围内(扩散角θ9°),渐扩式水跃局部阻力系数与二元水跃局部阻力系数呈对数关系;提出的共轭水深新公式能满足工程运用要求,并且计算的跃后水深随着跃前断面弗劳德数的增大与已有公式计算的跃后水深值的偏离程度逐渐减小。     

中河口测流的体会

水文测验规范第五册§40,规定“若河道漫滩严重,且主槽与滩地流速相差甚大时,则主槽与滩地的平均流速、平均水深亦应分别计算”这一规定是正确的,但对主槽与滩地流速相差甚大,意义比较含糊,能否以数字精度来具体说明呢?另外分别计算主槽与滩地的平均流速、平均水深又有什么意义呢?针对这两个问题就我个人体会述之于下以供参考。     

复式断面明渠流能量及动量校正系数研究

在复式断面明渠流中,能量及动量校正系数对水力学计算结果的精确性有直接影响。为研究水深比（滩地水深与主槽水深之比）及滩地植被密度对复式断面明渠流能量及动量校正系数的影响,采用基于壁面建模的大涡模拟（WMLES）方法的三维数值模型,对5种水深比和3种植被密度工况进行数值模拟研究。结果表明：由于流速分布不均匀,主槽和滩地的能量及动量校正系数有明显差异,其值均大于1。随着水深比的增大,复式断面的流速分布趋向均匀,能量和动量校正系数随之减小,能量校正系数的变化范围为1.07～1.19,动量校正系数的变化范围为1.03～1.07。此外,随着滩地植被密度的增大,滩地与主槽的流速差值变大,能量和动量校正系数随之增大,能量校正系数的变化范围为1.09～1.59,动量校正系数的变化范围为1.04～1.21。最后,通过回归分析发现能量校正系数与动量校正系数存在线性关系,所得计算式可用于相同工况条件下能量及动量校正系数的预测。     

基于等效阻力的植被化复式河道流速分布研究

天然河道中许多都是具有主槽和滩地的复式河槽,水流漫滩以后,复式河槽的水流结构发生复杂的变化.而天然河道漫滩上常常生长着各种植物,水中植被的存在增加了河床的阻力,如何确定流速分布和流量十分重要.本文基于植被作用下水流阻力的等效平衡原理,提出刚性植被等效附加阻力系数以及植被等效综合阻力系数的计算方法.通过运用SKM方法计算植被作用下的复式河槽垂线平均流速的横向分布,结果表明,本文提出的植被等效综合阻力系数的计算方法是可行的,能较好地确定植被作用下的复式河道垂线平均流速的横向分布.     

基于POMgcs的复式断面河道纵向离散系数研究

天然河流中广泛存在由主槽、滩地构成的复式河道的水污染问题,纵向离散系数是河流水质预测的关键参数。通过建立三维数学模型,对物理水槽试验的流速分布特征进行验证,得到不同滩槽高差、水深条件下的纵向离散系数。基于复式断面各区域流速差异较大的特征,将断面划分为主槽中心区、滩地区和主槽底部区,由纵向离散系数与流速差异系数、断面几何参数的相关性分析,同时引入弗劳德数,建立了复式断面纵向离散系数计算公式。计算结果表明:公式计算值与模型计算值相对平均误差在10%以内,具有一定可靠性。     

水深及滩地糙率对复式断面河道过流能力的影响

水深、滩地糙率是具有单、双槽复式断面河道过流能力的重要影响因素。采用数学模型计算并分析不同水深及滩地糙率情况下,概化的顺直型复式断面河道的过流能力,结果表明:当滩地水深与滩地高度之比增大时,滩地流量分配比随之增大,但增大的趋势越来越弱。随着滩地水深与滩地高度之比增大,河道水力坡降降低,在滩地水深与滩地高度之比小于0.4时,增大滩地水深与滩地高度之比对于减小水面比降效果明显。随着滩地糙率的增大,滩地流量分配比迅速减小,两者呈线性相关。     

关于管路突然扩大局部阻力系数的研究

在管路设计中 ,经常遇到局部阻力系数的确定。突然扩大局部阻力系数是通过理论确定的 ,通过对三种突扩情况下的局部阻力系数的实验研究 ,结果发现突扩阻力系数不但与两过流断面有关 ,而且还和流速有关。通过实验研究 ,确定了突扩阻力系数与流速及过流断面之间的关系     

管道突然扩大局部阻力系数初探

在管道设计中 ,经常遇到局部阻力系数确定的问题。突然扩大局部阻力系数ξ1=1 - A1 / A2 2是通过理论确定的。通过对三种 A1 / A2 情况下的局部阻力系数的实验研究 ,结果发现ξ不但与两过流断面有关 ,而且还和流速有关。通过实验研究 ,确定了ξ1 与流速 v1 及A1 / A2 之间的关系 ,在设计中 ,只要根据设计流速 v1 与 A1 / A2 就可以采用相应的ξ1 进行管道的水力计算     

管道截面突变处的局部阻力系数

不可压紊流流经管道截面突变处，截面积之比和流速分布不均匀性对局部阻力系数有影响。流速分布符合幂次律。利用流体流过管道截面突变处的动量变化和能量变化。求出了损失的能量，从而得出管道截面突然扩大处的局部阻力系数ξ＿１；仿照计算ξ＿１的关系式，给出了管道截面突然缩小处的局部阻力系数ξ＿２。从计算结果来看，当小直径截面的雷诺数大于２×１０￣（６）时，计算管道截面突然扩大处的局部阻力系数ξ＿１，速度分布可作为均匀分布来处理；当小直径截面的雷诺数大于７３００时，计算管道截面突然缩小处的局部阻力系数ξ＿２，速度分布可作为均匀分布来处理。理论计算与实验结果对比表明，两者之差平均不超过０．０６。所以本文给出计算管道截面突变处的局部阻力系数的关系式是可行的。     

复式河槽漫滩水流流速分布二维解析解

通过水深平均纵向与横向流速的乘积(UV)d和垂线平均流速的平方Ud2获得了二次流项系数K的横向分布;根据(UV)d和Ud2在各区域内的关系,引入常系数a和b来表征二次流,进而给出了新的垂线平均流速二维解析解.该解析解表明,b只出现在水深线性变化区域的解析式中.分析发现,a的符号代表各区域内二次流的旋转方向,二次流强度则由a和b的取值共同决定;各区选定合适的a值可以得到较好的计算结果,b值对流速分布的影响主要在主槽区和主槽边坡区.采用英国FCF不同系列试验资料对计算模型进行验证,结果表明,计算值与实测值吻合较好.同时,比较了a和b在不同断面形态的复式河槽中的取值,并就其变化规律进行了分析.     

复杂结构差动式调压室阻力系数试验研究

建造了结构复杂的差动式调压室大比尺正态模型,实测了水流进出调压室时的阻力系数值。试验研究结果表明,在电站引用流量下,水流进入调压室和流出调压室时的阻力系数不同,各自基本为恒定值,符合水流阻力平方区局部损失系数是定值的规律,得到了水流进出结构复杂的差动式调压室时的局部阻力系数值和流量系数值,试验量测精度能够满足水电站调压室水力计算要求,对类似电站的调压室设计和研究有一定的参考价值。     

宽窄复式河道水流运动特性的试验研究

在分析水槽试验资料的基础上，首次对宽窄复式河道的滩槽过流能力、断面平均流速、垂线流速及横向分布等水流运动特性进行了研究．研究结果表明，宽窄复式河道的主槽流量随着滩槽宽度比的增大而减小，滩地流量随着滩槽宽度比的增大而增大；水流发生漫滩之后，随着水深的增加，主槽流速先减小后增加，滩地流速不断增加，二者的变化幅度与滩槽宽度比有关；在大部分区域内垂线流速偏离对数分布，主槽一般偏小，滩地偏大；垂线平均流速沿横向分布与一般复式河道相似，但滩槽流速差别减小．     

弯管局部阻力系数的试验研究

本文以重要形变件——弯管局部阻力系数的研究成果为例，说明现有形变件局部阻力系数取值存在的问题及开展局部阻力系数研究的紧迫性。文章论述了形变件模型试验的相似性、局部阻力系数的测量定义；讨论了弯管局部阻力系数的影响因素及其影响规律；指出局部阻力系数可以在远低于沿程摩擦阻力系数“阻力平方区”的雷诺数时趋于恒定值；解释了管内壁粗糙度影响弯管局部阻力系数的原因；推荐了常用的圆弧弯管、多片组合弯管(虾米弯)局部阻力系数经验公式。文中所提出的有关数据、曲线和经验公式已经技术鉴定，可直接在指明的水力条件下使用。     

基于WMLES方法的复式断面明渠三维紊流数值模拟

针对基于雷诺时均Navier-Stokes方程的数值模型在精确模拟复式断面明渠三维水流结构方面存在困难和传统大涡模拟(LES)方法计算成本相对较高的问题,采用壁面建模的大涡模拟(WMLES)方法建立三维数值模型,对水深比(滩地水深与主槽水深之比)为0.5的复式断面明渠水流结构进行模拟计算。数值模拟计算结果与已有试验测量结果和LES模拟结果的对比表明,WMLES方法能够准确地模拟时均速度、床面切应力、紊动强度、紊动能、雷诺应力分布、二次漩涡结构,该方法在复式断面明渠水流三维模拟中是可靠的;在保证计算精度的前提下,与传统LES方法相比,采用WMLES方法能够显著降低计算成本。     

一般形式的阻力系数公式及其在挟沙力计算中的应用

对不同流态及流区明渠水流阻力系数的计算公式进行总结。考虑到指数型表达式在进行数学推导及应用时较其他形式更为方便,基于该形式并结合尼古拉兹管流试验资料,推导了各流态及流区明渠阻力系数的具体表达式且得到实测资料的验证。推导过程中,借助明渠当量直径实现管流与明渠阻力系数的相互转换,并依据各流区水流特征的不同,对Christoffersen和Jonson提出的糙率高度公式作了不同简化。将所得阻力系数公式应用于河流及海洋近岸水流挟沙力的计算中,结果表明实测值与计算值相吻合,且所有流区阻力系数表达式形式的统一有利于水流挟沙力计算的简便。     

管道突然扩大局部阻力系数初探

在管道设计中，经常遇中部阻力系数确定的问题。突然扩大局部阻力系数ε１＝（１－Ａ１／Ａ２）＾２是通 。通过对三种Ａ１／Ａ２情况下的局部阻力的实验研究，结果发现ε不但与两过渡以断面有关，而且还和流速有关。通过实验研究，确定了ε１与流速Ｖ１及Ａ１／Ａ２之间的关系，在设计只要设计速Ｖ１与Ａ１２／Ａ２就可能采用相应的ε１进行管的水力计算。     

台山核电厂引水隧洞进出水口阻力特性试验研究

结合台山核电厂输水系统工程,通过物理模型试验研究了引水隧洞不同粗糙度对进、出口段局部水头损失的影响规律。模型采用重力相似设计,比尺1∶18.9。在试验过程中,通过不断加大流量来改变模型水流雷诺数,依次得到不同糙率下的局部阻力系数随雷诺数变化曲线。局部阻力系数随雷诺数的增加而减小,其减小率随雷诺数的增加而下降,当雷诺数大于某临界值时,局部阻力系数逐渐趋于常数,说明水流进入阻力平方区,由此得到稳定后的局部阻力系数值。结果表明:不同粗糙度情况下,隧洞进、出口的局部阻力系数值变化明显,边壁粗糙度较大时,水流边界层受边壁绝对粗糙度影响,水流脉动跳跃离开边壁形成较大的涡流运动,水流能量耗散加强,对水流的阻力随之增大;局部阻力系数不仅与形状有关,还与隧洞的粗糙度有关,粗糙度越大,局部阻力系数越大,对于该项目,粗糙管比光滑管进口段局部阻力系数加大约45%,出口段局部阻力系数加大约56%。研究成果为实际工程输水系统设计提供了依据。     

黄河下游河段平滩流量计算及变化过程分析

黄河下游不仅断面形态复杂,而且主槽形态特征及过流能力沿程变化较大。因此采用河段平均的特征变量来描述主槽形态及过流能力更具有代表性。本文提出了基于对数转换的几何平均与断面间距加权平均相结合的方法表示河段平均的主槽特征变量,计算的河段平滩宽度、水深、面积及流量恒满足水流连续条件。采用该方法计算了1960-2006年中典型年份花园口至高村游荡河段的平滩流量。结果表明河段平滩流量能从总体上综合反映游荡段主槽的过流能力,且其变化幅度远小于断面平滩流量。分析了河段平滩流量与所在河段冲淤量的关系,并建立了河段平滩流量与进口断面两年平均的汛期流量及来沙系数的相关关系。计算了近期黄河下游各河段平滩流量的变化过程,所得结果较好地描述了平滩流量在高村至艾山河段较小,在其上游游荡段及下游弯曲段相对较大的驼峰现象。     

涌潮作用下护滩块石起动研究

采用理论分析与试验研究相结合的方法,首先从理论上分析涌潮运动要素之间的关系,然后根据起动临界状态时的力学平衡条件,推导出涌潮作用下护滩块石稳定计算的结构公式。在公式中采用涌潮相对（滩地水深）高度表示其对护滩块石的动力作用,同时考虑了滩地水深对护滩块石稳定性的影响。在涌潮水槽试验中,进行了护滩块石在涌潮作用下的起动试验研究,验证了文中提出的块石稳定粒径计算公式的正确性,并根据试验结果率定了公式中的待定系数。