设导流墩排沙漏斗清水流场的测试研究

经过多年的理论与实践研究，螺旋流排沙已被广大的水利工作者所认可。本文首次利用毕托球测速系统测试了由新疆农业大学最新推出的带导流墩排沙漏斗的三维螺旋流流场，对其时均流特性进行了分析和研究。其次，文中还分析了其对输沙过程所产生的影响，为了进一步优化此类型排沙漏斗流态打下了基础。     

往复流作用下推移质输沙强度的计算公式

为了研究往复流的非恒定效应对推移质运动的影响,能够更准确地预测往复流作用下推移质输沙强度的大小,本文通过对泥沙颗粒运动进行受力平衡和能量守恒分析,推导出往复流作用下推移质输沙强度计算公式,同时将Keulegan-Carpenter数引入公式中对相位滞后效应进行修正,最后根据往复流水槽的实验数据拟合得到一个用于计算半周期平均输沙强度的半理论半经验公式,该公式在小KC数情况下对实测值的预测相比于传统的准恒定流模型有明显提高。     

往复流作用下推移质输沙强度的计算公式

为了研究往复流的非恒定效应对推移质运动的影响,能够更准确地预测往复流作用下推移质输沙强度的大小,本文通过对泥沙颗粒运动进行受力平衡和能量守恒分析,推导出往复流作用下推移质输沙强度计算公式,同时将Keulegan-Carpenter数引入公式中对相位滞后效应进行修正,最后根据往复流水槽的实验数据拟合得到一个用于计算半周期平均输沙强度的半理论半经验公式,该公式在小KC数情况下对实测值的预测相比于传统的准恒定流模型有明显提高。     

往复流作用下的粗颗粒推移质的输沙规律

推移质是海岸带泥沙输运的重要组成部分,粗颗粒推移质在波浪、潮汐等往复流作用下的运动规律是海岸工程建设的重要依据。从理论分析和试验研究两个方面分别对往复流作用下的粗颗粒推移质输沙规律进行了研究,提出了一个瞬时推移质输沙率的计算模型,并将试验结果与该模型的计算结果进行了对比验证,发现该计算模型对线性往复流作用下的推移质泥沙的运动趋势模拟良好,但对于其相位滞后效应考虑不足,其误差来源在于对附加质量力的忽略。     

基于阻力相似条件下的桩群物理模型设计方法

在Froude数相等的水力模型中,按模型比尺缩小桩群结构,模型雷诺数减小,其阻力系数与原型不相等.为了研究模型满足桩群的整体阻力相似条件,在30 m长、3 m宽、0.26 m深的循环水槽中进行一系列桩群阻力试验,得出桩群阻力系数与桩数、桩距、桩排列方式的关系.根据试验数据和相关的文献资料成果,按照阻力相似理论进行实际码头桩群模型设计,在保证阻力系数相似的前提下提出了模型码头桩群的设计方法.结果表明,考虑阻力相似设计的物理模型试验可以更好地反映实际桩群工程附近的流场分布和流态,为工程区域的泥沙冲淤模拟和地形验证提供了水流条件.     

根据沙粒佛汝德相似原理推算推移质输沙率

运用沙粒佛汝德相似的原理,提出了推移质输沙率的推算公式。并用大型水槽的实验资料和日本国大雪山水库泥沙沉积量资料进行了验证,结果表明该方法是可行的。     

床沙表层非均匀分布对泥沙输移的影响

本文基于床沙宽度百分比及面积百分比的分析，选择上述二者有关参数来反映床沙表层不均匀分布特征，并由此得到了床沙不受隐蔽作用的最大粒径Ｄａ与面积平均粒径ｄｓ之关系。借助力学分析方法，分别得到了隐蔽区与暴露区的泥沙起动流速公式；同时，在输沙率关系中引入了宽度百分比Ｐｂ及ｄｓ，该式能较好地反映床沙粗化过程中，输沙率与表层泥沙组成之间的依存关系。     

基于雅鲁藏布江辫状河流的洪峰流量输沙变异数值模拟

该研究根据雅江中游辫状河流平面形态建立输沙地形,构建了可用于辫状河流输沙模拟的数学模型。数值计算采用二维水动力学和非粘性泥沙耦合模型对辫状河流中泥沙输运规律进行模拟研究,模型基于不可压缩雷诺平均N-S方程,模型中包括连续方程、动量方程、河床面变形方程、全沙输沙方程。该数学模型通过全沙输移理论计算悬移质和推移质输沙率。当模拟洪峰流量时,辫状河流出口含沙过程和悬移质输沙过程峰值滞后于入流过程,形成相位差,泥沙粒径越小,相位差越小,0.01mm和0.02mm泥沙相位差接近0,出口悬移质输沙率产生的相位差小于含沙量;0.3mm、0.2mm和0.1mm泥沙在辫状河流中淤积的淤积量超过50%。在计算泥沙输移的同时,考虑泥沙的启动、沉降淤积作用导致的地形更新,进而求解挟沙水流在辫状河流当中运动时对地形变化的影响,为天然辫状河流的研究预测建立一定的数值模拟基础。     

山区流域泥沙输移比计算公式

本文在分析影响泥沙输移比主要因素的基础上，分别对坡面上单位面积输沙率ｑｓ和坡面上单位面积产沙率Ｓｙ进行了量纲分析，得出了ｑｓ和Ｓｙ的数学表达式，从而获得了山区流域泥沙输移比的计算式。采用湖北省石桥铺径流实验站的实测降雨、径流和泥沙统计资料对泥沙输移比公式进行了验证，其相关系数为０．８５，因此本文推出的计算泥沙输移比的公式是合理的。     

非均匀沙起动标准的比较研究

本文介绍了泥沙起动的多种判断标准。文中指出，定性标准不宜作为非均匀沙的分级起动标准。对推移质输沙率标准和取样标准的比较研究结果表明，ＰＫＭ标准要求的输沙率偏低，就试验的实际起动粒径而言，ＡＷ标准要求的输沙率比ＨＨ标准要求的输沙率低。最后对如何采用起动标准提出了建议     

三峡水库运行后涪陵河段河床演变试验研究

通过系列输沙试验，研究了三峡水按156m方案运行时期涪陵河段的泥沙冲淤变化特征，研究表明，涪陵城区沿岸将发生普遍的淤积，淤积的主要部位是河床较宽浅的边滩，弯道凸岸和岸线参差不齐的凹岸缓流区。 分析了泥沙淤积给港口航道带来的影响。     

强输沙对陡坡河道水位激增影响的试验研究

山洪泥石流会挟带大量泥沙,一旦进入山区性河流,往往会造成河段下游水位的骤然升高,从而给人们的生命财产带来巨大的损失。本文采用单因素叠加试验方法,通过陡坡水槽试验,对强输沙条件下的水位变化规律进行了初步探索。试验结果表明,陡坡河道上的高强度泥沙输移,一方面增加了水流流量,另一方面增加了水流阻力,两者均可导致水位的显著增加。随着泥沙加入,试验水槽内水深将显著增加,并随着输沙过程的结束而回落。总体上,中等粒径的泥沙引起的水位增幅最高。随着水深（流量）的增加,水深变率（增幅）存在先增大后减小的规律。综合本文及前人研究成果,研究发现,河道比降越陡,水位增幅越大,最大水深增长率与河道比降间呈指数关系。     

动床沙粒阻力计算的研究

沙粒阻力的计算是泥沙运动力学的重要问题。基于泥沙的起动阻力来研究沙粒阻力的计算，是一种较为直接的方法。利用泥沙起动的Shields曲线与明渠阻力特性之间的相似性，结合实测泥沙起动资料给出了沙粒阻力的计算公式。该公式表示的沙粒阻力系数仅是能坡的函数，从而避免了采用相对水深时床沙代表粒径选择的困难。验证结果表明，该公式要优于其他沙粒阻力的计算公式。     

山区河流宽窄相间河段山洪水沙输移2维数值试验

山区河流山洪过程常挟带大量泥沙,并引发河床剧烈变形,尤其是宽窄相间河段河床急剧调整、水位陡涨极易增加展宽河段的洪水淹没风险,深入研究山洪演进的水沙输移及河床变形对于防洪减灾具有重要意义。本文采用二维水沙动力学数值试验探究了上游来沙变化条件下宽窄相间河段水沙输移及河床变形过程。结果表明：当上游来沙充足时,洪水携带泥沙在展宽段淤积、缩窄段冲刷,河床在泥沙输移过程中整体上抬;而当上游没有来沙时,河床整体呈现下切趋势。究其原因,主要在于河道饱和输沙导致河床整体淤抬,而河床淤抬导致上游水位陡涨增加水面比降,床面切应力变大,从而提高河道输沙率,而宽窄河段床面起伏则增大床面形态阻力,促使上游水位上涨;泥沙来量较少时,河床冲刷为主,水位下降、水面比降趋于变缓。     

螺旋回热器的流体阻力研究

本文在相似理论指导下,用水作介质对螺旋回热器的流体阻力进行了实验研究,并在较大的迪恩准数范围内,获得了螺旋回热器的摩擦系数与迪恩准数的经验方程式。所得结果对于计算螺旋回热器中的流体阻力,全面评价螺旋回热器的经济性能等都具有重大意义。     

螺旋翅片-槽管式EGR冷却器流体换热性能分析

针对螺旋槽管式废气再循环系统(EGR)冷却器强化换热引起流动阻力增大的问题,通过计算流体力学(CFD)仿真计算及试验探究螺旋槽管式EGR冷却器流体换热性能后,提出螺旋翅片与螺旋槽管配合的新型EGR冷却器.通过CFD法将优化结构与光管、螺旋槽管、螺旋翅片-光管式冷却器进行对比,对螺旋翅片的高、长及螺距于流动换热的影响进行仿真预测.结果表明:螺旋槽管式EGR仿真与试验结果对比显示换热系数最大偏差3.9%,压降值最大偏差6.8%,在工程应用接受范围内,保证了分析方法的可靠性.螺旋翅片-槽管式EGR冷却器相比螺旋槽管式能增强换热并减小流阻,翅片形成螺旋流与螺旋槽形成螺旋流相似,能减小流阻近20%,翅片产生的螺旋流使螺旋槽处扰流效果增强,较螺旋槽管式冷却器出口温度最大下降4.5%;螺旋翅片总长增大半个螺距长度,出口温度最大降幅达6.2%,螺距长度按160mm均分,每减少一个螺距,对应流阻降幅达10%,翅片高度对性能影响不大,适当减小尺寸可减少加工材料,节约成本.     

长江宜昌站沙质推移质输沙规律

现有几家起动公式中的K值不能够准确预测长江宜昌站沙质推移质输沙规律。对宜昌站1956年到1964年和1973年到1974年11年的246组沙质推移质实测水力、泥沙因子资料进行统计分析,将沙质泥沙近似作为均匀沙处理,从均匀沙的起动特点出发,通过分析泥沙颗粒受力和起动模式推导得出宜昌站沙质推移质起动公式,并且公式中的K值随着流量的变化而变化,呈指数分布。在此基础上进而建立了适合宜昌站沙质推移质输沙率公式,并用宜昌站1975年沙质推移质资料对公式进行验证,按公式计算的起动流速和输沙率与实测值比较,获得满意结果。     

泥沙起动标准的研究

阐述了泥沙起动标准的理论基础，描述了泥沙运动状态的有关参数，引进无因次输沙率作为泥沙起动的基本标准，提出了不同场合的３种具体标准，指出了基本标准与它们之间的联系；论证了所提出的起动标准符合以往研究的习惯，符合实际资料和试验、测量的具体情况；讨论了其它研究者提出的几种起动标准     

非均匀推移质输移特性研究

在非均匀推移质输移机理的基础上, 通过理论分析、推导及计算,得到泥沙起动无量刚最小临界切应力参数θ0值为0.02。提出了一种计算推移质输沙率的方法及公式,该公式表明,在水流强度一定时,输沙率并非为一个常量,而是随颗粒在床面的相对暴露度而变。根据平衡输沙时θ0的最小取值,得到平衡输沙时推移质泥沙颗粒最大粒径dc max的计算式,在此基础上提出了一种计算推移质级配的方法。验证结果表明计算与实测资料符合较好。     

一种特殊形式的螺旋折流板换热器

介绍了一种具有特殊折流形式的螺旋折流板换热器。其特征是:将带有侧倾角α和后倾角β 的准扇形平面板通过三角形阻流板交叉搭接, 在壳侧形成近似的螺旋面, 折流板周边呈连续螺旋线。后倾准扇形板结构可减小常规螺旋折流板对流体的反压, α和β 可实现对螺距的双重调节, 同时减轻阻流板面积较大时流体流动所产生的类似弓形折流板的局部阻力。此种折流形式可以保证在极大限度降低阻力的同时提高传热效率,使单位压降的传热系数即换热器的换热与阻力综合性能得以提高, 从而达到节能及节材的目的。