紊动强度沿垂线分布规律的分析

在现有研究的基础上，运用超声流速仪进行挟沙水流水槽实验，并结合分析激光流速仪、应变式紊动流速仪的观测结果，建立了纵向紊动强度与流速、流速梯度之间的定量关系。利用数值实验方法，分析了水流最大流速、摩阻流速及卡曼常数对紊动强度最大值出现位置的影响。     

高低含沙水流流速分布的统一规律

作为自然界中普遍存在的一种典型的固液两相流，挟沙水流流速分布具有与清水不同的变化规律。本文明确挟沙紊流(无流核)为研究对象，通过天然沙挟沙水流流速试验，首先分析紊动状态下高、低含沙水流流速分布特点；在此基础上，通过引入同时反映含沙量和颗粒级配影响的相对黏度指标，分析高、低含沙紊流的卡门常数κ统一规律及其表达式，由此将高、低含沙水流流速分布统一于卡尔曼-勃兰德尔对数流速分布公式上，并应用室内粉煤灰等试验资料分别验证了卡门常数κ及卡尔曼-勃兰德尔对数流速分布公式的合理性和可靠性；本项研究成果对进一步揭示高、低含沙水流的水流结构与输沙机理以及对河道整治规划设计具有重要的现实意义。     

泥沙对挟沙水流流动结构影响的研究

应用MicroADV研究了不同粒径的泥沙颗粒在不同水力条件下对水流流动结构的影响。实验发现：挟沙水流流动结构的变化不仅与颗粒的大小密切相关，而且与水流流动条件有关，颗粒对水流结构的影响随着水力条件的变化而改变：在强水流条件下，不论粗、中、细泥沙都不改变主流区的流速分布及紊动强度；在中等强度水流条件下，粗、中、细三种颗粒的加入都使流速大于相同条件的清水水流，而其紊动强度则较清水水流低；在弱水流条件下，三种颗粒的加入都不改变水流的流速分布，但粗颗粒使水流紊动强度显著增大，而中、细颗粒基本不改变其紊动强度。     

河流测量用流速仪比测报告

1 概要 最近,美国地质调查局(USGS)对世界上通用于河流测量的几种流速仪性能进行了野外与实验室比测。进行比测的流速仪具体情况如下:水平轴式流速仪分别来自德国、联合王国(英国)和中华人民共和国;垂直轴式流速仪与电磁式流速仪来自美国。本报告总结的结果是有关流速仪重复性、线性及斜流角度响应的实验室比测和初步的野外比测。从比测结果来看,随着水流速度增加和水流与旋桨轴向夹角增加,所有比测流速仪都存在着对实际流速的高估或低估问题。在     

逆坡水流垂线流速分布特征及其形成机理

天然河流中，常有自深水区向浅水区流动的逆坡水流。这种水流并不循环一般顺坡和平底河床中正常水流面层流速最大，中、底层流速渐小的垂线流速分布规律，而是中层流速最大，面层与底层流速相近的异常分布。异常分布的形成机理主要是：河底的逆向坡度造成沿流程水深不断减小，使水流受到来自河床的垂向挤压束狭作用，导致中底层水流流速大幅急剧增加，由于这种垂向挤压束狭作用是自河底向上递减的，故底层受到的束狭作用最大，但底层     

水流流速与泥沙起动概率关系研究

通过对泥沙颗粒在水流中的受力情况的分析,推导出泥沙处于临界起动状态时的近底水流流速。运用概率论的思想,建立其与泥沙起动概率的关系,并根据指数垂线平均流速公式将近底流速转变为容易测量的垂线平均流速,使得泥沙的起动概率可直接通过测量水流速度来确定,为泥沙起动的概率研究提供了一个很好的工具。     

黄陵庙水文断面垂线流速分布特性研究

  为进一步利用天然河流实测资料检验垂线流速分布的指数与对数规律,采用多普勒剖面流速仪在黄陵庙水文断面中实测的不同垂线与不同流量情况下的瞬时流速资料,计算了时均流速的垂线分布,并与指数和对数流速分布公式计算的结果进行了比较分析。结果表明,黄陵庙水文断面不同垂线水流的时均流速分布符合对数与指数分布规律。然而,在不同水流与边界条件下,其指数公式中的指数大小与对数公式中的有关参数有所不同。通过对黄陵庙水文断面垂线流速分布特性的研究,丰富了对天然河流垂线流速分布规律的认识。     

常曲率U型弯道水流紊动特性试验研究

采用三维声学多普勒流速仪,对水流三维流速进行了采集,对弯道水流的脉动进行了统计分析,研究了典型断面的紊动强度、紊动切应力、紊动能的分布。试验结果能够很好的揭示弯道水流的三维特性及分布规律。研究成果为进一步研究水流的紊动结构及泥沙的运动机理提供了参考资料。     

逆坡水流垂线流速分布特征及其形成机理

天然河流中，常有自深水区向浅水区流动的逆坡水流，并不遵循一般顺坡和平底河床中正常水流面层流速最大，中、底层流速渐小的垂线流速分布规律，而是中层流速最大，面层与底层流速相近的异常分布，异常分布的形成机理主要是：河底的逆向坡度造成沿流程水深不断减小，使水流受到来自河底的垂向挤压束狭作用，导致中底层水流流速大幅急剧增加，由于这种垂向挤压束狭作用是自河底向上递减的，故底层受到的束狭作用最大，但底层水流受河床阻力影响也最大，使流速的增值反比中层水流小，从而形成中层流速最大的异常现象，又由于过去的流速分布表达式没有考虑河床地形（特别是逆向坡度）对流速分布的影响，故本文提出了引入修正系数的流速分布表达式，从而扩大了流速分布公式的适用范围。     

波浪和水流共同作用下水流时均流速分布

近年来的实验研究表明波流同向与波流逆向时的平均水流流速分布规律相差很大，这些差别是由波浪、水流共同作用所造成的。同时，研究波浪水流共同作用下的水流流速特性对揭示波流相互作用机理也非常关键。本文在建立波流边界层模型的基础上，建立了二维全水深波流数学模型，求解了波流共同作用下边界层内外的流翅构。数值模拟的结果表明：波流同向时上层Euler时均流速减小，波流逆向时上层Euler时均流速增大，数值结果与实验数据有较好的一致性。本文模型的结果较好地解释了波流相互作用的机理。     

高含沙水流运动特性综述

本文综述了高含沙水流的阻力特征，流速分布，紊动强度分布，能量分布等流动过程中所具有的特性，并和清水、低含沙水流作了对比分析，系统论述高，低含沙水流所共同具有的规律。     

挟沙水流流速的垂线分布公式

流速分布规律的研究是揭示一般水流和高含沙水流动性的关键。本文在回顾以往研究成就的基础上，开展了理论及实验研究。以提出的紊流涡团模式为基础，得出了挟沙紊流速分布的公，大量实测资料的检验结果表明，该公式能较真空地描述出一般挟沙水流及高含沙紊流的流速分布变化规律，具有较大的使用价值。     

高含沙水流二维数值模拟

一定条件下的高含沙水流具有非牛顿体特性，在天然多沙河流中由于地形分布等因素的影响。流动强度差异较大，往往呈现非牛顿体和牛顿体两种不同的流动特性，本文通过引进水流在不同流动状态下的特征，通过数值实验计算对模型进行了初步检验，计算结果与实际观测到的一些现象定性上完全吻合。     

基于固液两相流模型的泥石流流速垂向分布研究

泥石流流速的垂向分布是泥石流运动理论中的核心问题之一。以固液两相流模型为基础,分析了泥石流中两相速度相等与不等条件下的本构关系和泥石流流速垂向分布的计算方法;在二维恒定均匀流的条件下,考虑两相之间的相互作用,推导层流和紊流流态下泥石流中液相和固相速度的垂向分布公式,并采用不饱和水石流的试验数据进行了验证。结果表明:泥石流两相之间的速度差异是描述两相之间相互作用的根本所在;泥石流固相浓度与本构关系中的模化参数均有关联,是流速垂向分布计算中的重要参量;基于两相流模型的泥石流流速垂向分布公式比现有公式更具普遍意义,且其计算结果能与试验数据较好吻合。     

扭双工字型透水框架防冲机理试验研究

透水框架因具有消能减速进而保护岸滩免受水流冲刷的功能,在河道治理、航道整治中得到广泛应用。最近提出了一种新型透水框架——扭双工字型透水框架,经动床试验表明具有显著的护滩效果,利用Vectrino三维流速仪在变坡水槽上精细测量了新型透水框架附近的水流结构。试验分析表明,扭双工字型透水框架抛投于床面后底层流速骤减(减速率达0.79~0.95)、表层流速增大、过渡层流速梯度加大,垂向流速不再服从对数分布;垂向最大紊动强度出现在框架群顶部附近,水流进入框架群后紊动强度逐渐加强,出框架群后达到极值,底表层紊动强度极值的位置发生偏离,表层位置较底层偏下游内侧;框架群内近底层水体能量大幅消减(消能率达0.93~0.99),下游水体能量恢复距离为38~56 m,利于滩面防护,而侧向边缘水体能量加强,易造成侧沿岸滩局部冲刷。研究成果对扭双工字型透水框架的设计、应用具有一定参考价值。     

高含沙泄洪水流的荷载特性试验研究

高含沙水流特性已有较多研究,但主要针对河道中的高含沙渐变水流开展的,而对高含沙河流高坝枢纽泄洪水流荷载特性的研究较少,本文开展了孔板消能工高含沙水流的时均压力和脉动压力特性研究。试验共研究了含沙量从0至300 kg/m~3,流速从1.78 m/s至3.73 m/s,共28组不同工况。结果表明:高含沙泄洪水流的时均和脉动压力的沿程分布规律与清水相同,但幅值变化规律存在差异,相同流速条件下时均压力幅值随含沙量的增加而增加,而脉动压力幅值受含沙量和流速条件的双重影响,随含沙量的增加呈现出先增加后减小的趋势;脉动压力概率密度分布符合正态;频率分布范围受水流条件影响随流速的增加而增加,其中低频分量随含沙量的增加而增加。根据试验结果,提出了高含沙泄洪水流荷载计算的修正方法,该方法对于高含沙枢纽的工程设计有重要参考价值。     

高含沙明渠紊流光滑区f－Re关系与平均流速公式

本文根据水槽试验结果，从紊动与絮网结构相互影响的角度分析了光滑区内阻力系数ｆ与有效雷诺数Ｒｅ关系散乱的原因；通过分析ｆ与断面平均流速Ｖ的关系，建立了高含沙明渠紊流光滑区平均流速公式，井作初步分析．     

黄河高含沙水流的高效输沙特性形成机理(黄河下游河道存在巨大的输沙潜力)

利用黄河主要干支流渭河、北洛河、黄河下游及三门峡水库大量实测资料,结合高含沙水流流变特性分析得出:河道中的高含沙水流的阻力与低含沙水流相同,均可用曼宁公式进行阻力计算;由于黄河泥沙组成较细,d50=0.03~0.10mm,随着含沙量的增加颗粒的沉速大幅度降低,泥沙在垂线上分布变得更加均匀,当含沙量大于200kg/m3以后发生改变;从泥沙存在对水流结构,流速在垂线上的分布特性上分析,含沙量200kg/m3左右时输送最困难,并得到河道实测资料的证实。由于粘性的增大,粗颗粒泥沙在河道中也能顺利输送,洪水期实测含沙量可达800~900kg/m3,表现出高含沙水流的高效输沙特性;黄河下游艾山以下河段实测洪水的最大含沙量为200kg/m3,在流量2 000~3 000m3/s时,高含沙洪水均可顺利输送。利用河道输送高含沙水流入海的主要障碍是改造宽浅游荡河段为窄深稳定的河槽。     

远距离输沙明渠不淤流速的研究

我国河流含沙量高，引水明渠的泥沙淤积十分严重，但尚无确定输沙明渠不淤流速的有一定普遍意义的公式，早期对含沙量大小的影响考虑不够、后期不淤流速经验公式大多来自西北地区引黄灌渠的经验，适用于悬移质泥沙较细的情况、黄河洪水泥沙特性表明，含沙量越高、悬沙组成越粗，本文分析及试验验证，得到渠道的不淤流速表达式，充分反映了含沙量及其组成对不淤流速的影响，表明在其他水力因素不变时，输沙明渠不淤流速随着含沙量增加而变化，文中提出的不淤流速公式，可满足黄河高浓度远距离输沙明渠设计的要求。     

水—沙两相流的激光多普勒分相测量和试验研究

探讨泥抄颗粒在水流中的悬浮运动机理和水、沙两相之间的相互作用，首先需要分别了解水流和泥沙颗粒的运动特性及相互关系。因此，怎样分相观测水流和泥抄颗粒的运动参数成为泥沙运动基本理论研兜的一十重要问题。本文集中介绍了利用激光多普勒技术分相测量水流和泥沙运动参数的基本原理和方法．以及利用常见的一维激光器(无声光频移)测量水流和颗粒垂向(垂直于水流运动方向)脉动速度的实验方法。使用该技术对水平方管内的水一沙两相流运动进行了试验观测，给出了两相速度、纵向及垂向湍流度，以及泥沙浓度的测量结果。