水沙流中颗粒脉动特性

作者利用固液两相流中关于颗粒运动的动理论，对恒定均匀流条件下微观的颗粒速度分布函数变 化以及颗粒脉动强度的宏观特性变化进行了分析，得到了水沙流中颗粒沿纵向和垂向脉动强度变化的理论计算结果。经与水平管流中颗粒运动的实验结果比较，二者比较吻合，从而印证了理论的合理性。     

垂直管固体物料水力输送浓度的研究

在前人实验研究的基础上,通过实验与理论分析,研究了垂直管水力提升中的固体颗粒浓度特征。在分析颗粒受力及颗粒运动规律的基础上,利用扩散方程推导了垂直管水力提升颗粒浓度分布的计算公式,并通过实验进行了初步验证。另外,通过实验分析了颗粒群体滑移速度与提升速度的关系,纠正了颗粒群的滑移速度为颗粒群的沉速,输送浓度一定小于当地浓度的认识,认为输送浓度、当地浓度与提升速度有关。     

固液两相流中固体颗粒的垂直分选机理

在结构两相流的总体框架内，基于对单个固相颗粒受力的分析和对多颗粒条件下颗粒之间的相互作用，本文对液体流动特性进行了简化，采用固体颗粒在水流中运动的垂线分选模型，对各种颗粒浓度条件下的垂直分选特征进行了讨论。结果表明：随着颗粒浓度的增加，颗粒的分选过程加快，颗粒向上聚集的倾向加强，分选的结果会形成明显地在垂直方向上显示出反粒序分布。当颗粒体积浓度超过0．3以后，粗颗粒较细颗粒具有更大的向上聚集的倾向；当颗粒浓度接近极限浓度时，会出现颗粒分选速度的反常变化，说明分选模型在这种情况下失效。文中还通过常见的三种液相速度分布，分析了不同速度分布剖面对分选结果可能产生的影响。     

高浓度恒定固液两相流运动机理探析：Ⅱ.应用

低浓度和高浓度固液两相流运动可以通过微观动理论加以描述[1].本文在文献[1]的基础上，探讨固液两相流在低浓度和高浓度情形下的应用方法，以颗粒浓度垂线分布为例进行分析，获得了满意的结果，也揭示了高浓度固液两相流的一些特点.     

水平方管内固液两相流运动特性数值模拟

将周力行建立的k-ε-kp两相湍流模型引入固液两相流的研究中，对水平方管内挟沙 水流固液两相的时均特性、脉动特性以及颗粒密度分布进行了数值模拟。将计算结果与k-ε-Ap模型、动理论计算结果以及物理模型试验观测结果进行了比较，发现k-ε-k p模型数值计算和物理模型试验观测结果的一致性较好；和kεAp模型相比，由于考虑了颗粒相的湍动特性在固液两相流中的作用，k-ε-k-p两相湍流模型可以得到颗粒的脉动速度分布；和动理论相比，k-ε-kp模型无法准确地预测固相的垂向脉动速度，需要引入各向异性的两相流模型。     

基于低场核磁共振技术的水煤浆水分状态与定量分析

水煤浆中水分状态与含量的变化是产生其宏观流变特性变化的根本原因,研究水分状态的迁移变化有助于从微观机理上阐释水煤浆流变特性的变化规律,进而为管道输煤系统工艺参数设计和优化提供依据。利用低场核磁共振技术,研究了不同粒径、不同浓度水煤浆中的水分状态及其迁移变化。研究结论表明:通过T_2谱图辨别了水煤浆中吸附水、间隙水和自由水三种不同状态水分;三种水分会随着颗粒粒径和浓度的变化而发生迁移,即在一定粒径下,吸附水含量与浓度无关,间隙水的含量随着浓度的增大而增多,自由水的含量则随浓度的增大而减少;在一定浓度下,吸附水和间隙水量与粒径呈负相关,自由水量与粒径呈正相关;分析了吸附水、间隙水和自由水含量随浓度和粒径的变化规律,为相似条件下流变特性微观机理的认识提供参考。     

水沙流中的泥沙悬浮(Ⅰ)

近年来用于研究含沙水流中悬浮颗粒垂向浓度分布的理论已有很多。连续性假设虽然被证明在描述流体运动时非常成功，但却不足以描述含沙水流中的离散固体颗粒运动。随机模型能用于研究流动中单个颗粒的运动，但很难解释固体颗粒之间相互作用的机制。本文对各种传统理论进行了综合分析和比较，对已有的典型颗粒浓度分布的一般性解释进行了讨论，并据此提出了今后研究的重点。     

水沙流中的泥沙悬浮(Ⅰ)

近年来用于研究含沙水流中悬浮颗粒垂向浓度分布的理论已有很多。连续性假设虽然被证明在描述流体运动时非常成功，但却不足以描述含沙水流中的离散固体颗粒运动。随机模型能用于研究流动中单个颗粒的运动，但很难解释固体颗粒之间相互作用的机制。本文对各种传统理论进行了综合分析和比较，对已有的典型颗粒浓度分布的一般性解释进行了讨论，并据此提出了今后研究的重点。     

水省流中的泥沙悬浮（Ⅰ）

近年来用于含沙水流中悬浮颗粒垂向浓度分布的理论已有很多。连续性假设虽然被证明在描述流体运动时非常成功，但却不足以谂 水流中的离散固体颗粒运动。随机模型能用于研究流动中单个颗粒的运动，但很难解释固体颗粒之间相互作用的机制。本文对各种传统理论进行了综合分析和比较，对已有的典型颗粒浓度分布的一般性解释进行了讨论，并据此提出了今后研究的重点。     

细颗粒悬沙浓度分布的影响因素分析

从颗粒运动的PDF(概率密度分布函数)输运方程出发建立颗粒相的质量、动量和脉动速度二阶矩方程。对明渠二维恒定均匀流，利用垂向动量方程导出了修正的泥沙扩散方程，表明颗粒脉动强度梯度、升力、有效重力和紊动扩散都影响悬沙运动。理论和数值分析了细颗粒泥沙的密度、粒径、浓度，挟沙水流的水深和剪切流速等因素对泥沙扩散系数和浓度分布形状的影响，并定量分析了细颗粒试验资料，表明传统扩散方程在粒径、剪切流速相对较大、水深和水沙密度比较小的流动中存在较大误差，需要修正。     

高浓度恒定固液两相流运动机理探析:Ⅰ.理论

高浓度固液两相流与低浓度固液两相流在运动机理上有本质的不同.传统的依靠对低浓度固液两相流中获得的结果进行修正以适应高浓度固液两相流的做法缺乏理论基础.因此，本文基于动理论(kinetic theory)对高浓度固液两相流运动机理进行了探讨，提出了简化应用模式，该理论可以更好地同时适应于低浓度和高浓度情形.     

基于IPSO-BP神经网络的高含沙水体对鱼类影响预测方法

水库进行水力排沙时，高含沙水流过程可能会对鱼类等水生动物产生负面影响，其量化评估方法研究较为薄弱。为了预测和评估水库排沙过程对下游鱼类的影响，本文利用黄河花斑裸鲤和鲤鱼在高含沙水体中生存特性研究的实验数据，综合考虑含沙量和粒径、溶解氧、暴露时间、水温等因子对鱼类生存的影响，建立了基于IPSO-BP神经网络的高含沙水体对鱼类致死影响预测方法，对目标鱼类死亡率的预测误差小于6%。本文使用了与BP神经网络紧密耦合并引入动态参数和变异扰动的IPSO算法，较BP和PSO-BP神经网络预测能力更佳，相比国内外已有的Stress Index(SI)、Severity of Ill Effect (SEV)和多元拟合方法预测精度得到显著提升。分析表明，本文提出的预测方法能够考虑高含沙水体中鱼类生存受多环境因子联合制约，且多因子之间存在复杂关联的情况，可为评估高含沙水流过程对水生态的影响提供新的方法。     

悬移质泥沙输移扩散方程适用条件的讨论

悬移质泥沙的输移扩散是泥沙运动力学的基础问题之一,学者们基于不同理论对其运动规律开展了深入研究。基于已有研究,本文主要讨论了不同理论下扩散方程的适用条件。研究结果表明,传统的Rouse扩散方程及其修正式仅适用于泥沙浓度较低、颗粒惯性小至可忽略的条件;两相流理论下的扩散方程由于未考虑颗粒惯性效应,同样只适用于浓度较低、颗粒较小的条件;近期Snehasis Kundul和Koeli Ghoshal基于漂移速度建立的扩散方程由于考虑了升力、颗粒惯性等因素对悬移质分布的影响,使其适用范围相应变大,但在确定泥沙扩散系数上仍然采用的是经验公式,应用上会受到实验资料的限制。基于动理学理论的扩散模型包括基于PDF方程的扩散方程和弥散方程。两个模型中,除了重力沉降和紊流扩散作用外,由于考虑了升力、颗粒紊动、颗粒惯性等影响因素,其在浓度较高、颗粒惯性较大时仍适用,具有普适性。尤其是弥散方程,能够反映颗粒浓度、颗粒紊动、颗粒碰撞等不同机制对泥沙悬浮的影响,全面阐释了悬移质泥沙扩散背后的力学机理。     

CONCENTRATION DISTRIBUTION OF SEDIMENT IN BED LOAD LAYER

In this paper the concentration profile in bed load layer is derived based on kinetic theory. According to observations, particles moving in near wall region behave differently during ejection and sweeping of turbulence burst, as indicates that they are subject to different influences from turbulence, and therefore, the forces acting on particles are not the same. Consequently, particles moving in bed load layer are classified into two groups, one lifted upward by ejections, the other carried back to bed by sweepings, and the forces corresponding to upward and downward motions are proposed. By solving the basic transport equation of kinetic theory, the velocity distribution functions, upward and downward fluxes of particles in bed load layer are derived. Upon assumption of equilibrium sediment transport, concentration profile in bed load layer is obtained. Verification is also presented in this paper, which shows that the concentration profile produced by the relation proposed in this paper agrees with observations well.     

Measurements of the sediment flocculation characteristics in the Three Gorges Reservoir,Yangtze River

The flocculation of fine sediments in the Three Gorges Reservoir (TGR) was confirmed in previous studies, but the flocculation characteristics have yet to be fully clarified. In this study, field measurements were conducted in the TGR to investigate the sediment flocculation characteristics. First, the instantaneous flow velocity and sediment concentration were measured through Acoustic Doppler velocimeter and sediment sampling. Then, the effective settling velocity was calculated based on the sediment diffusion theory to deduce the floc size and flocculation degree. Finally, the influences of particle size, flow velocity, and sediment concentration on flocculation were analyzed. Results showed that flocculation occurred in more than half of the sediments in the TGR, and the maximum flocculation degree was between 10 and 30. Flocculation weakened as particle diameter increased, with the critical particle size being approximately 0.018 mm, meaning that flocculation was unlikely to occur when the particle size exceeded the critical value. As the flow velocity increased, the flocculation degree first increased and then decreased, with the critical flow velocity being approximately 0.7 m/s, but the critical flow velocity increased with an increase in sediment concentration and tended to be a constant. The flocculation degree also increased with increasing sediment concentration and tended to be constant when the sediment concentration exceeded approximately 0.5 kg/m³. The results provide new information on the flocculation characteristics of the TGR and should be useful for understanding and simulating fine sediment transport in the TGR.     

跃移泥沙颗粒起跳时间的特性分析

跃移是推移质泥沙颗粒运动的主要形式之一,跃移颗粒的运动特性是影响推移质输沙率的重要参数,但目前对跃移泥沙颗粒的起跳时间研究相对较少.本文利用高速摄影技术,对不同粒径泥沙起跳过程进行了系列的试验研究,后期采用RGB颜色映射函数获得灰度图,通过逐帧批处理获取颗粒的运动轨迹,直接得到了泥沙颗粒的起跳时间大小.试验结果表明,在...     

水力提升管道大颗粒运动特性的高速摄影分析

为提高管道水力输送安全性,本文利用高速摄影技术对水力提升系统中大颗粒的运动规律进行了试验研究,观察了颗粒及颗粒群体的运动状态.通过数字图像处理技术,得到了单颗粒的运动轨迹和颗粒群分布规律,同时获得了颗粒轴向速度、径向速度等各种运动参散,并分析了颗粒粒径对其轴向速度的影响.研究发现单颗粒基本上属于螺旋式上升的状态;颗粒群主要集中于管道的中心;颗粒的轴向速度在沿管径的分布类似于抛物线分布,大小基本上与颗粒的粒径成反比;径向速度沿管径基本符合正态分布.