基于惯性耗散法的峡口岬角地形能耗分析

珠江河口峡口岬角地形(或者称"门")是珠江河口典型的高能耗区,研究其消能机制,对于解释珠江河口宏观动力现象,提高对河口动力过程的认识有重要意义。本文设计了峡口岬角局部突变地形的湍流能耗特性物理模型试验,采用Son Tek 16MHz ADV采集了高频流速数据,统计了时均流速及湍流特征量。利用"惯性耗散法"计算了峡口岬角突变地形与明渠水流的湍流动能耗率。峡口岬角地形的突变特征产生明显的形态阻力,本文试验工况引起的紊动强度量值是明渠的2倍到10多倍,湍流剪切应力较明渠水流大近2个数量级,湍流动能是明渠水流的40多倍,湍流动能耗散率比明渠水流湍流动能耗散率大2~3个数量级。从湍流局部平衡及能量传递理论看,峡口局部形态阻力导致时均流速的空间梯度、切应力增大及形成大量更小尺度的涡是湍流能耗率增加2~3个量级的重要原因。     

黏性非均匀沙的冲刷

黏性非均匀沙起动和冲刷研究对于河口海岸工程的设计和安全具有重要的意义.在作者从概率论和力学角度所提出的黏性非均匀沙起动摩阻流速公式的基础上,建立起黏性非均匀沙的起动流速和冲刷率公式.在钱塘江河口河床获取2个钻孔共28个岩芯,进行起动和冲刷水槽试验.起动流速公式计算值与沙样起动试验数据符合良好,表明该公式能较好反应黏性非均匀沙的起动现象.进而根据冲刷试验资料确定了冲刷率公式的指数和冲刷常数,发现未充分固结的淤泥冲刷率与相对剩余切应力的二次方成正比,而固结已久的淤泥冲刷率与相对剩余切应力呈线性关系,冲刷常数分别为(2～3.5)×10(-5)m/s和(1～2)×10(-6)m/s,两者差一个数量级.     

基于FLUENT的明渠紊流边界层数值模拟

利用FLUENT软件对不同宽深比的光滑壁面明渠紊流边界层进行了数值模拟,主要包括断面主流速、紊动能、壁面切应力及摩阻流速.迭代计算结果表明,FLUENT软件在计算过程中收敛速度快、稳定性好,可以从定性与定量角度真实地反映流场分布状况.     

明渠湍流发夹涡包形成及湍动能分布特性

湍流结构是湍流运动研究中最为基础的问题。为了解明渠湍流结构相互作用的动力演变关系,该文采用高频高分辨率粒子成像测速系统对充分发展的明渠湍流进行纵剖面二维流速矢量场进行测量,对发夹涡及发夹涡包结构与高低速流团的动力演变关系以及发夹涡结构内部的湍动能分布特性进行分析。结果表明:发夹涡及发夹涡包结构可以由高低速流团相互作用而产生;发夹涡涡核只位于高低速流团的交界区域。近壁区发夹涡结构的喷射(Q2)过程为产生湍动能的主要区域。而湍动能耗散主要集中在高低速流团的交界区域。明渠湍流近壁区为湍动能的主要产生与耗散的区域。     

浅海潮流流速剖面参数的相位分析

总结了潮流摩阻流速的确定方法,并根据对江苏岸外西洋海域的实测资料进行了流速剖面参数的计算和相位分析,结果表明：①浅海潮流的摩阻流速要早于平均流速达到最大值;②受潮流海底紊动切应力的影响,底层最大流速到达时间要比上层及表层最大流速稍微提前;③在一个潮周期中,达到最大值的首先是摩阻流速及粗糙长度,然后是流速,最后才是水深。     

天然明渠减速流超大尺度湍流结构特性初步研究

为探究天然明渠减速流中超大尺度湍流结构特性,使用声学多普勒剖面流速仪(ADCP)和声学多普勒流速仪(ADV)对重庆河段开展了单条垂线以及水面区域固定点的三维瞬时流速测量,对紊动强度、超大尺度湍流结构波长以及湍动能占比等进行了分析。初步结果显示:在天然明渠减速流中仍然存在超大尺度湍流结构,其纵向尺度在沿水深方向上表现为先增大后减小的变化趋势;减速流中超大尺度湍流结构能够在水面区域维持自身结构且携带着大部分的湍动能。     

光滑及粗糙壁面明渠湍流流动数值模拟

利用FLUENT软件对光滑及粗糙壁面明渠湍流流动进行数值模拟,分析了断面分区结构及流速分布、湍动强度分布、壁面切应力及摩阻流速。数值离散方法为有限体积法,自由表面的处理采用简单的"刚盖"假定,固壁面处理采用壁面函数法。将数值计算结果与物理模型试验结果作了比较,发现两者吻合得较好,表明FLUENT软件在计算明渠湍流过程中能够得到很好的模拟效果。     

基于平均流动动能输运的离心叶轮内能量损失及其机理分析

叶轮内能量损失是影响离心泵水力性能的关键因素,为探明离心式叶轮内的能量损失特性,本文采用可直接求解大尺度湍流结构的超大涡模拟方法对某低比转速离心叶轮三种流量(分别为1.0,0.6和0.25倍设计流量)下的内部流动进行数值模拟,基于平均流动动能输运研究叶轮内的流动特征、能量损失特性及其机理。通过积分平均流动动能输运方程的直接黏性耗散项和湍动能生成项,分别计算直接黏性损失和湍动能生成对应的平均流动动能损失,建立流场特征与能量损失的关联,获得流场中能量损失的空间分布特征。结果表明,叶轮内直接黏性损失集中在近壁区,且随流量降低而显著减小;湍动能生成是平均流动动能损失的主要形式,其与叶轮内流动的剪切效应直接相关,在叶片压力面,脱流和分离涡形成强剪切流动,湍动能生成项周向-周向分量(P_θθ)和径向-周向分量(P_rθ)将增加周向和径向速度脉动而使湍动能增加,径向-径向分量(P_rr)则减小速度脉动的径向分量,从而抑制平均流动动能转换为湍动能;对于叶片吸力面分离流动及叶轮出口回流所形成的强剪切流动,P_rθ和P     

明渠液固两相湍流结构及谱特征

明渠液固两相湍流特征关系到渠内水流流态及泥沙的输运和沉积。通过明渠水槽试验,借助声学多普勒流速仪测量瞬时湍流流速,结合时均分析法和惯性耗散法统计分析脉动流速、Reynolds切应力、湍流强度、湍流自相关系数和湍流能量谱特征。结果表明:相对于单一液相,液固两相各湍流特征值明显增大,固相颗粒增加了液相的湍流强度;其次,河床处湍流涡漩弱于水深一半处和水面处,其对于固相颗粒的起动、输移具有关键作用;增加固相颗粒后,符合-5/3幂变化规律的能谱曲线更广,更有利于固相颗粒的输运。     

卵砾石河道摩阻流速计算方法探讨

通过水槽试验,采用6种方法:对数流速分布回归法、外延雷诺应力分布法、三维紊动能法、垂向紊动能法、韩其为经验公式法和拖曳力系数法,计算了卵砾石河床的摩阻流速。以韩其为计算摩阻流速的经验公式为标准,分析了各种方法中参数取值对计算结果的影响及其在不同水力和床面条件下各种方法的适用性。提出了2种可行的计算途径:光滑床面条件下各方法计算摩阻流速所得结果最大均方差为2.15,其中对数流速分布回归法较准确,三维紊动能法计算值普遍偏小;相对粗糙床面条件下各方法计算摩阻流速的结果均方差最大达到8.84,其中对数流速分布回归法和三维紊动能法较准确。     

MEASUREMENT OF A WALL-BOUNDED TURBULENT MIXING LAYER FLOW

1.INTRODUCTION Wall boundedturbulentmixinglayerflowsare ofprimarysignificancetovariousindustrialand militaryapplications.Amongothers,thewall boundedturbulentmixinglayerflowoveranopen ingstep,e.g.,gaseductorconfiguration,received agreatdealofattention.Thesecondaryflowen trainedfromtheopeningbythecoherentstruc tures,whicharequasi deterministicallyembedded inthemixinglayer,ismixedwiththemainflow.Suchflowiscloselyrelatedtoplanemixinglayer flowandreattachingflow.However,fewstudies ofitsturbule…     

EXPERIMENTAL STUDIES AND NUMERICAL CALCULATION ON TURBULENT BOUNDARY LAYER OF WATER FLOW ALONG CURVED SURFACE

This paper will introduce experimental studies and numerical calculation onturbulent boundary layer of water flow along curved surface in our country in recent years.Onthe basis of the experimental studies,the effects of curvature and roughness on velocitydistribution and pressure distribution and the change of turbulent flow boundary layer onoverflow bucket concave surface is discussed.We proposed the empirical formula of velocity,pressure and the change of turbulent flow boundary layer on outlet bucket concave.According tothe momentum principle,we have deduced the momentum integral equation full water depthboundary layer and using the element as control unit inside the boundary layer on concavesurface of bucket.Combining with continuity equation,we have computed the boundary layerdevelopment on the bucket of a spillway.Compared with the field experimental data,thecalculation results are available.Under polar coordinates,a mathematical model for simulatingtime-averaged flow characteristics in concave surface of bucket is established.The turbulent flowfield on concave surface of bucket is calculated by SIMPLE method and this mathematicalmodel.The flow velocity field,pressure field,distribution of turbulent kinetic energy,distribution of turbulent energy dissipating rate and distribution of shear stress are available.Thecalculation value is consistent with measured test data.     

径流与潮流对长江口泥沙输运的影响

本文首先建立了一个一维水流、二维泥沙数学模型，以长江口南港北槽为实际背景，研究了径流和潮流共同作用下，泥沙输运的规律，讨论了泥沙近底边界条件，认为非恒定情况下泥沙底边界条件应考虑沉效应。     

水垫塘三维紊流数值模拟及消能分析

开发了能模拟复杂紊流的三维数学模型，编制了大型计算程序，针对拉西瓦水垫塘进行了数值模拟，揭示了水垫塘内速度，压力，紊动能及其耗散率的三维分布规律，获得了详细的水垫塘流态特性。研究了水流紊动扩主消能特性，反映出紊动和消能大量地发生在射流轴线附近，计算所得的底板最大冲击动压与实验值进行了比较，二者符合良好。     

往复流作用下悬移质泥沙运动规律的数值研究

本文从水沙两相紊流的双流体数学模型出发,采用直接数值计算的方法,研究了海床面附近边界层内往复流对悬移质泥沙运动的影响。研究方法的有效性通过典型问题的流速分布、紊动能量分布以及泥沙浓度分布的计算结果和实验观测结果的比较得到了良好的验证。本研究还探讨了往复流条件下各类相间作用力的时空变化规律及其对悬移质泥沙运动的影响。     

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。     

基于定点连续观测的钱塘江涌潮特性研究

本文基于天文大潮期间钱塘江涌潮河段定点连续实测的最新资料,对钱塘江涌潮的潮位、潮流、盐度和浊度等特性参数进行分析研究。潮位、平均流速、垂向分层流速和盐度、浊度变化数据表明:涨落潮期间该河段的潮位呈双峰变化过程,涌潮抵达时水位骤然升高,之后下降,约40.0 min后,水位再次开始升高至高潮位,涌潮到达约3.5 h之后逐渐变为憩流;涌潮Fr为1.10,涌潮形态呈现为波状涌潮且水波较弱。涌潮到达瞬间,流场整体发生转向,流速大于涌潮前流速,且底层流速增大幅度大于表、中层,流速分层不明显。盐度在涌潮到达后约40.0 min后开始明显增大,与流速的改变相比存在一定的滞后,主要因为潮流入侵引起盐度增加。底层浊度随涌潮的到达而同步升高,主要是涌潮导致流场剧烈变化,引起床面冲刷和大量细颗粒泥沙悬浮;之后,浊度随涨潮流减弱而逐渐减小,憩流时达到最小,而后随着流速转向及退潮流增大而再次增大。该研究为钱塘江涌潮特性分析和钱塘江取水及岸滩冲淤防护等工程提供了科学依据。     

Experimental investigation on diffusive contaminant release from permeable sediment layer under unidirectional unsteady flow

The interfacial diffusive contaminant（phosphorus） release from permeable sediment layer into overlying water column under a unidirectional unsteady（periodic） flow condition was experimentally measured and analyzed. The experimental results indicate that the gross diffusive contaminant release rate is substantially enhanced as compared to that under a steady flow condition, and this enhancement trend is much more pronounced in an immediate release stage. The interfacial diffusive contaminant release rate tends to increase with the increasing flow velocity, decreasing period and augmenting amplitude for the case of the unsteady flow. The additional interfacial diffusive contaminant release under the unsteady flow condition may be related to the hydrodynamic response of the diffusive boundary layer to the flow unsteadiness of the overlying water, depending upon not only the periodic thickness variation of the diffusive boundary layer immediately above the sediment-water interface modulated by the temporal flow velocity of the overlying water column but also the intensified turbulent mixing between the overlying water and the pore-water within the superficial sediment layer induced by an alternate acceleration/deceleration fluctuation during each period.     

Bottom shear stress in unsteady sewer flow.

The properties of unsteady open-channel turbulent flow were theoretically and experimentally investigated in a circular cross section channel with fixed sediment deposits. Velocity and turbulence distribution data were obtained using an ultrasonic velocity profiler (UVP). Different uniform flow conditions and triangular-shaped hydrographs were analysed. The hydrograph analysis revealed a dynamic wave behaviour, where the time lags of mean cross section velocity, friction velocity, discharge and flow depth were all evident. The bottom shear stress dynamic behaviour was estimated using four different approaches. Measurements of the velocity distribution in the inner region of the turbulent layer and of the Reynolds stress distribution in the turbulent flow provided the analysed data sets of the bottom shear stress. Furthermore, based on the Saint Venant equation, the bottom shear stress time behaviour was studied using both the kinematic and the dynamic flow principles. The dynamic values of the bottom shear stress were compared with those for the steady flow conditions. It is evident that bottom shear stress varies along the generated flood hydrograph and its variation is the function of the flow unsteadiness. Moreover, the kinematic flow principle is not an adequate type of approximation for presented flow conditions.     

曲率缓变型反弧段水流的时均特性

本文提出一种曲率缓变型反弧曲线设计方法，用激光测速系统研究了该反弧水流的时均特性，得出反弧段水流时均流速分布，壁面压强，壁面切应力及紊流边界层的沿程变化，与单圆弧反弧体型试验成果比较表明，的反弧曲率的连续缓变，使壁面压强分布和空化数变化缓和，消除了曲率突变存在的逆、顺压力梯度；过渡层紊流强度减小２０－３０％；切应力系数有所下降，反弧末端切应力系数Ｃ＇ｆ减小１０％，本文还对反弧水流紊流边界层厚度的变