植被群落之间水流流速垂向分布计算方法

植被之间及其之上流速分布一直是湿地水力学和河流水力学的研究难点.将Darcy-Weisbach阻力因子与植被生态特征参数(植被直径、植被高度和植被空间间距)联系起来,建立新的阻力因子计算方法.将Darcy-Weisbach断面流速公式应用于植被之间流速垂向分布计算,利用室内水槽试验结果对其进行了验证,结果表明:改进后的...     

连续分布均匀沉水植被明渠水流流速分布比较

植被影响下的河道流速分布是评价河道行洪能力的重要指标,关系到河床稳定与河道安全。以连续均匀分布的沉水植被为研究对象,系统评述了国内外对河道植被水流流速分布的研究进展,从紊动特性阐述了流速分布剖面形成机理,剖析了分区流速解析模型和平均流速模型研究现状和存在不足,基于文献数据,评价了现有平均流速模型适用性及准确度,认为目前对于植被水流流速求解多集中于均匀流条件顺直型河道、植被类型及形态单一的连续均匀分布植被,未来流速模型应针对沉水植被阻力系数、植被影响下的河床应力、非均匀流状态及有限尺寸内柔性植被斑块等方向作进一步研究。     

淹没植被浅水明渠流的非对数流速分布规律

随着对生态环境的日益重视,有关植被的水力学研究近年来进展迅速.对于淹没植被,现有的研究一般认为植被表层水流仍满足对数分布.但在浅水情况下,表层水流流速明显偏离对数规律.本文首先通过改变表层水深、植被杆径和密度,开展了淹没植被浅水明渠流多工况水槽实验,并运用激光多普勒测速仪对垂线流速分布进行了测量;然后结合Prandtl...     

弯道水流纵向流速剖面的试验研究

弯道水流特性的研究一直备受重视,而弯道水流纵向流速的分布则是其重要研究课题之一.本文运用弯道概化模型试验,利用ADV采集三维流速数据,对弯道水流纵向流速沿水深的分布进行了系统研究,得到了纵向流速剖面沿程和沿河宽的变化.研究表明,由于弯道水流的复杂性,试图采用单一计算模式来描述弯道纵向流速沿水深的分布是难以实现的.合理的流速剖面公式应当考虑水流参数、弯道尺度和参照部位等的综合影响.研究为进一步深入探讨弯道水流特性奠定了基础.     

沙棘植物对水流表面流速横向分布影响的PIV野外试验

河渠中植被可以增大水流阻力、雍高水位并改变水流的横纵向流速分布.应用先进的PIV技术,在野外大型试验场,开展了沙棘柔性植物对水流特性影响的野外试验.根据实验数据,本文分析与讨论了沙棘柔性植物对水流表面流速沿横向分布的影响.分析表明,在恒定非淹没流作用下,无沙棘植物的对比段表面流速横向分布符合对数型顺"流舌"的光滑型态,沙棘柔性植物丛内的表面流速沿横向则呈现出反"流舌"型态,并沿整个断面的分布并不光滑,表现出沙棘植物对水流明显的阻力效应.在流出柔性植物后的对比段中,流速沿程增大,沿横向分布也开始逐渐恢复到无植物时的状态.这些对于研究河道植被阻力及滞流拦沙能力都有重要意义.     

含淹没刚性植被明渠水流特性的试验研究

水生刚性淹没植被大量存在于海洋、河流、水库、湖泊及运河中,对水流结构、河床冲淤、洪水演进及航运造成较大影响。为了准确掌握水生刚性淹没植被对水流的影响,需要对含植被水流问题进行系统的研究。本文利用三维激光多普勒测速仪等仪器对实验室水槽中四种排列（全覆盖平行排列、全覆盖交错排列、半覆盖平行排列、半覆盖交错排列）、四种淹没度下水生刚性淹没植被（用玻璃棒代替）的扰流特性进行了测量,并对实测结果进行了系列分析。试验结果表明,植被的密度、排列方式和淹没度对水面坡降、水头损失、水流流速和紊流强度都有明显的影响。     

水轮机导叶出口流速分布规律的试验研究

本文从混流式水轮机导叶出口及轴流式水轮机转轮进口测流试验结果的分析入手,总结了导叶出口环量及流速分布的规律,分析了从导叶到转轮所经流道几何参数及形状对流速分布的影响,并进而提出了改变流道参数以改变流速及环量分布,改变叶片参数以适应该分布的新设计思路。     

坡面植被水流水动力学特性研究北大核心CSCD

本实验为人工水草模拟植被覆盖条件下的坡面流水动力学特性研究,以水力学和流体力学基本理论为依据,通过室内定床阻力模拟放水实验,定量的研究了植被覆盖度为9．3％（2500簇／m2）的工况下,不同坡度和流量组合对植被水流各水动力学参数的影响。结果表明：坡面植被水流平均流速随坡度和流量的增大呈递增趋势,可用线性函数或幂函数关系模拟,且线性关系优于幂函数关系;植被坡面流平均水深与流量和坡度之间也存在着显著的线性关系和幂函数关系;植被坡面流的佛汝德数随流量的增加而减小、随坡度的增加而增大,并呈现出一定的幂函数关系,但佛汝德数主要受坡度的控制,流量对佛汝德数的影响很小;阻力系数随雷诺数的变化规律呈单驼峰形式,本实验条件下,在雷诺数为1500～2000时达到最大值,当雷诺数大于2000时,随雷诺数的增加阻力系数反而减小,最后逐渐趋于稳定,可见两者之间并非呈简单的递增或递减关系。     

采用5孔毕托柱测量模型水轮机转轮：进出口断面流速分布的技术探讨

为了研究水轮机内部流动特性,达到改进设计,改善水轮机能量、气蚀特性的目的,目前,对模型转轮流速分布的测量已日益为国内外水轮机技术部门所重视。本文介绍了一种采用5孔毕托柱对反击式模型水轮机转轮进、出口断面进行流速分布测量及流量计算的方法;提出了根据上述计算流量与流量计所测流量之比,按线性对被测流速分布进行修正,使测量准确度得到提高,对测量的数据采集、实时处理程序也做了简要介绍。     

卵石河流的时均流速和悬沙浓度垂线分布

在我国西南地区的沙卵石河流上修建水电站时,合理布设各进水口以防止淤堵和粗泥沙过机至关重要,其控制参数为水流的时均流速和悬移质浓度的垂线分布。本文根据都江堰二王庙站的实测资料,分析了时均流速和悬移质浓度沿垂线的分布,主要结论为:时均流速符合对数分布公式,卡门常数的平均值为0.40,当采用Ks=1.75D90时,积分常数B=8.54。悬移质泥沙的垂线分布符合Rouse公式,悬浮指数与理论值基本一致。     

地表糙率对坡面流流速影响的试验研究

地表糙率是影响坡面流流速特征及变化过程的重要因素。本研究采用变坡试验水槽在粗糙粒径(d≤10mm)、单宽流量(0.04~0.24 L·s-1·m-1)和坡度(2°~12°)范围内,利用定床阻力冲刷试验系统研究坡面流平均流速与粗糙粒径、流量和坡度之间的关系。结果表明:随着地表糙率的增加,水流克服阻力做功增加,能量降低,流速呈指数函数减小。地表糙率不同会导致坡面流速的主要控制因素不同,当粗糙粒径较小(0≤d≤2.5mm)时,糙率、流量和坡度对流速均有显著影响,解释方差分别为19.8%、44.8%和27.8%;当粗糙粒径较大(2.5d≤10mm)时,糙率和坡度对流速的影响很小(影响程度分别占8.8%和1.5%),流量为主要影响因素(占84.1%)。经多元回归分析发现,糙率对流速的影响最大(54.6%),流量次之(30.8%),坡度最小(6.6%),三者可以较好模拟定床条件下的水流流速(R2=0.919),且流速与糙率负相关,与流量和坡度正相关。该研究结果有助于深入了解不同糙率的定床阻力下坡面流流速的时空分布特征,为坡面土壤侵蚀过程物理模型的建立提供科学依据。     

矩形明渠二维恒定均匀层流断面流速分布及阻力研究

基于广义牛顿内摩擦定律和水流能量方程,推导出了矩形明渠二维恒定均匀层流条件下流速偏微分方程定解问题,使用固有函数法求得了解析解;建立了指数函数型和幂函数型断面平均流速近似表达式;重点分析了在宽深比大于1的条件下,断面平均流速和沿程阻力系数的相应变化情况,并与二元明渠恒定均匀层流进行了对比。分析表明,由于侧壁的影响,断面平均流速下降而沿程阻力系数增加。     

变流场情景下基于鱼类游泳特性的上溯通道分析

水电开发对洄游性鱼类的生境造成了影响,预测目标鱼类洄游期的上溯通道可为修建过鱼设施提供依据,从而减缓其负面效应。本文选取虎渡溪航电工程的下游河段作为研究区域,将长薄鳅、白甲鱼、异鳔鳅鮀作为目标鱼类,针对几种目标鱼类的游泳能力对不同流速进行分区后,得出了适用于多种过鱼目标的流速适宜度曲线,然后对研究区域过鱼期的典型流量进行了数值模拟。根据流速适宜度曲线对研究区域的多种过鱼目标进行了流速适宜度评价,并由评价结果预测了满足多目标过鱼要求的上溯通道。结果表明：流速适宜度评价最优区域出现的位置随流量变化而有所不同,低流量运行条件下出现在主流区域,而高流量运行条件下出现在主流区域两侧;上溯的通道面积占总面积的比例也随流量变化而有所不同,低流量运行条件下的占比约为高流量运行条件下的3 ~ 4倍。根据预测通道特征,对鱼道的进口布置及电站运行调度提供了建议。该结果可为相关鱼类的保护工作提供依据。     

泥沙颗粒级配对高速水流空化空蚀的影响

在小型循环式水洞中试验研究了非黏性沙颗粒级配对高速水流空化空蚀的影响。首先,在循环式水洞内筒中配制8种泥沙小于某粒径不同重量百分比(P<2%、12%、33%、47%、56%、70%、86%、100%)的挟沙水样,用红外测沙仪测定了挟沙水样的含沙量。利用压力数据采集系统实时量测了泥沙小于某粒径不同重量百分比P下水洞工作段(空化区、空蚀区)的压力;其次,试验采用不同强度混凝土试件,在相同含沙量S、小于某粒径不同重量百分比P的工况下,进行历时4 h的空蚀破坏试验。试验结果表明：在含沙量S=12 kg/m³,喉部流速V=38.6 m/s条件下,空化区测点压力随小于某粒径重量百分比P的增大而降低,促进了空化的发生;空蚀区测点压力则随小于某粒径重量百分比P的增大而升高,增强了空蚀的强度;混凝土试件强度相同时,混凝土试件的空蚀量随泥沙小于某粒径重量百分比的增大而增加;保持含沙量S和小于某粒径重量百分比P不变,高强度(f_cu=17.8 MPa)混凝土试件的抗空蚀能力明显比低强度(f_cu=13.7 MPa)试件高。     

公伯峡水电站水平旋流泄洪洞试验研究

本文结合公伯峡水电站旋流泄洪洞水工模型试验研究 ,提出了水平旋流泄洪洞泄流能力、螺旋流流速沿程分布及其径向分布、壁面压力、通风量等计算方法。通过体型优化 ,较好地解决了起旋器与旋流洞连接拐角处的负压和掺气问题 ,有效地避免了空蚀破坏 ,可供同类工程设计参考     

抽水蓄能电站竖式进/出水口CFD水力优化

受转弯影响,抽水蓄能电站竖式进/出水口在抽水工况下往往会出现严重偏流,影响电站运行稳定性与安全性。本文采用最新的CFD方法对竖式进/出水口流态的影响因素进行模拟,分析了一系列体型与流态的规律性,提出了组合弯管结合长倒锥体的优化方案。该方案使出流的环向分布和垂向分布都比较均匀。结合具体工程,将原方案和优化方案进行对比,证明优化方案在抽水工况下的上水库孔口出流流态明显改善。     

竖缝宽度对竖缝式鱼道水流结构的影响

竖缝式鱼道具有流态稳定、对上下游水位变动自适应性强、过鱼效率高等技术特点,是目前国内外比较流行的鱼道布置方式之一,得到了广泛的工程运用。已有研究表明,影响竖缝式鱼道水流结构的参数主要包括各级水池的长宽比、导板长度、导向角度、以及隔板墩头体型等。本文在已有研究基础上合理取用竖缝式鱼道的长宽比、导板长度、导向角度等参数,采用数值模拟方法,进一步研究了竖缝宽度对水池内水流结构的影响,并给出了其合理取值范围。