管流与明渠层流的总流机械能方程及机械能损失计算

管流与明渠流同属流体力学中的内流,其总流机械能方程在水力学中称为总流能量方程。现有水力学中的总流能量方程是以理想不可压缩液体的伯努利方程为基础得到的,无法得到总流机械能损失的表达式。该文作者曾直接从黏性不可压缩流体运动的控制方程出发分别得到了管流及明渠流的总流机械能方程,解决了以上问题。考虑到层流条件下明渠流自由表面的变形特点,该文在前述工作基础上,将管流及明渠流在层流条件下的总流机械能方程进行了统一,同时还分别计算了管流(圆管、不同长短半轴比的椭圆管、不同宽高比的矩形管和不同内外径比圆环管)及明渠流(不同宽深比的矩形明渠)在层流条件下的总流机械能损失系数。结果表明:在同一雷诺数条件下,圆管层流的总流机械能损失系数比椭圆管层流、矩形管层流、圆环管层流及较大宽深比的矩形明渠层流的机械能损失系数要小。     

水平旋流泄洪洞的基本流态与影响因素

通过模型试验,对上下游水位、通气孔直径、水平洞洞长和起旋器收缩断面面积比对水平旋流泄洪洞的流态的影响进行了研究。结果表明,在竖井为有压流的条件下,水平旋流泄洪洞的流态可分为自由流、吸吮流和淹没流3种基本流态,流态的分类与转变受各种因素的影响;通气时,水平旋流洞内旋流的空腔直径大而均匀,水流旋转的强度增大;不同的洞长,流态从吸吮流向淹没流转变时过渡区的相对上下游水位差相同,但洞长越大,吸吮流的范围越大,转变为自由流流态时所需要的起旋器出口的水流弗劳德数也越大;起旋器出口面积比不同时,流态分区的临界水力条件是不同的。     

泥石流龙头的形成及特征研究

泥石流龙头的高度反映了泥石流的规模,是防治工程的重要参数之一。陡峻的地形、大量松散固体物质、丰富的水源构成了泥石流发生的三大要素,同时也是影响泥石流龙头高度的重要因素。通过采用均质沙及宽级配沙进行水槽实验,探究泥石流运动过程中龙头高度与沟道物质级配、流量、坡度之间的关系,提出泥石流龙头高度随流量、坡度、平均粒径、细沙含量的增加,呈先上升后下降的趋势。利用回归分析方法,采用水流功率的概念,建立了泥石流龙头高度计算模型,并采用其他科学家的试验数据进行了验证,可为预测不同条件下泥石流规模提供科学依据。     

鱼道进口水流对草鱼幼鱼上溯行为的影响研究

为使鱼类能够快速发现和顺利进入鱼道进口并成功过坝,设计了鱼道进口概化模型。以草鱼幼鱼为研究对象,在18±1℃的条件下研究了鱼道进口流速对鱼类上溯行为的影响。研究发现:鱼道进口水流存在一个最佳流速,在该流速下,鱼类进入鱼道进口的效率最高。利用诱鱼流道补水有助于进一步提高鱼道进鱼效率,诱鱼流道水流与鱼道进口水流之间存在一个最优流速比。针对草鱼幼鱼的鱼道进口最佳流速约为0.3 m/s,诱鱼流道水流与鱼道进口水流的最佳流速比约为2.3。通过对洄游区鱼类游泳轨迹以及流场耦合,可知草鱼幼鱼上溯的喜好流速范围是0.20~0.30 m/s。研究成果对于鱼道进口水力设计具有重要意义。     

急流弯道双曲底板的体形设计

本文提出采用双曲底板的方法消除急流渠道弯段的冲击波。在柱面座标系中建立不可压缩粘性流体的运动方程，导出无量纲形式的自由水面方程并建立了相应连续性方。通过迭代法求解自由水面方程并计算出自由水面高程，由连续性方程求出水流深度。从水面高程中减去水深得出底板高程。文中给出了按此方法设计的马河水库溢洪道弯道段水流计算结果。结果证明渠道内水面平稳，没有发生冲击波。底板设计由编程计算完成。     

油-水两相流流型转换研究

本文根据钢管内油—水两相流流型特征，建立了新的油—水两相管流流型的转换准则。它包括：分层流型的稳定性准则、分散流型和混合流型的转换边界及反相界线。流型转换准则得到了白油—水和柴油—水两相流的流型实验验证，而与有机玻璃管里的油—水两相流型的分布有一定的差异，这种差异与P．Angli的不同管材时的流型对比实验结论一致。这些都表明本文的流型转换准则能很好的预测钢管内的油—水两相流流型，这对于油田混钻管路的设计和运行具有十分重要的经济价值。     

河湾水流与河床冲淤综合分析

本文在两个弯道模型试验基础上［１，２］，综合分析了国内外的有关研究成果。文中首先阐明河流蜿蜒弯曲的必然趋势和河湾内环（副）流伴随主流形成螺旋流动前进的特征，并对弯道内主流位向变化、环流强度、水面横比降等作了分析，推荐了计算公式。其次，对河湾水流的横断面流速分布和沿河宽的单宽流量分布给出了计算方法，并分析求得了河湾冲刷深度的公式；依此可以计算河湾冲淤河床的平衡断面。     

保水堰的交替水流数值模拟初探

为了对保水堰的交替水流进行数值模拟,依据保水堰恒定流情况下的工作特性,将保水堰的水流形态分成堰流和满流两种状态,分别建立保水堰不同流态下的非恒定流数学模型。分析两种不同水流形态的交替机理,建立两种水流的转换条件,联立两种不同形态的数学模型构成保水堰的堰流和满流交替的非恒定流数学模型。利用数值计算的方法对保水堰的水流交替情况进行了模拟,结果表明,通过将两种流态的方程进行组合,可以合理地模拟保水堰的水流交替过程。     

小桥涵泄水孔出流理论特性分析

依据水力学基本理论对涵洞泄水孔出流特性进行研究,得出以下结论:自由出流条件下,出口水流为临界流;泄水流态取决于泄水孔下游水深(ht)与泄水孔临界水深(hlk)的比值,hl/hlk＞1.3为淹没出流,ht/hlk=1.3为临界出流,ht/hlk＜1.3为自由出流.该结论对小桥涵泄水孔具有重要的理论与工程价值.     

对称突扩水流流态失稳和流场结构

对称突扩分离再附水流现象广泛存在于工程和生活中,流道突扩易产生局部水头损失、压力变化、结构振动、次生噪声等,对称突扩存在流场对称性失稳现象,如管道对称突扩等。然而,由于紊流的复杂性和量测技术的局限性,人们对其流动特性和流态演变规律认识仍然不足,有必要开展对称突扩流动的流场结构分析研究。本文基于物理模型试验和高精度图像粒子测速技术,模拟了不同雷诺数条件下（Re=539~48 911）对称突扩水流流动现象和精细流场结构,包含层流、过渡流和充分发展的紊流典型流态,随着雷诺数Re增加,流态从层流过渡到紊流,从对称到非对称分布,其流态发生对称性失稳,高雷诺数紊流时主流偏向一侧,流场结构相对稳定;揭示了突扩水流主流两侧形成的非对称分布的大尺度涡漩结构,其与流场对称性失稳有关联。     

清潩河流域河流环境流量计算与应用

针对北方地区河流环境流量短缺和污染并存的现状,在综合考虑水质保护与水量维持的情况下界定了河流环境流量的概念和内涵,并探讨不同功能目标下河流环境流量的组成。通过分析河流水系特征及河段的空间结构特征,建立了改善河流水质所需环境流量计算模型,同时建立了Tennant和湿周模型计算河流生态系统所需环境流量。利用临颍高村桥的水文水质数据,对清潩河为改善河流水质和生态系统所需环境流量进行了初步评价,为河流应急补水提供了调控建议,并提出了河道应常年保持的流量水平。     

远距离输沙干渠的临界纵坡研究

挟沙水流一般要求比同等条件清水水流更大的能坡．才能保持泥抄不淤。本文在非均质输抄水流不淤流速研究基础上，提出输沙平衡条件下渠道临界最小纵坡的确定方法，论证了输沙渠道能坡的两部分组成，可澄清对挟沙水流阻力的分歧认识。经实际资料验证．文中提出的临界纵坡及输-抄渠道断面的确定方法可用于引黄远距离输沙干渠的设计．也为黄河中下游节水减淤的高含抄放淤渠道提供计算依据。文中对影响干渠纵坡的有关因素进行了分析，并附有计算例子。     

渗流的颗粒流细观模拟

本文基于颗粒流理论，运用PFC^2D计算程序的FISHTANK函数库和FISH语言，定义了细观角度概念——流体域，并分别定义了流体域的流动方程和压力方程，将颗粒体与流体域耦合，推导出颗粒流理论显式求解的稳定条件，成功地对土中的渗流进行了模拟，得到了渗流过程中压力和流速的变化规律。结果表明，运用PFC^2D程序模拟的渗流规律符合达西定律，这一结果为PFC^2D在渗流和渗透破坏等方面的深入研究应用提供了一定的理论基础。     

声学多普勒测流原理及应用研究

声学多普勒测流（ADCP）利用声学多普勒原理测量水流剖面的流速,是一种高精度流体测流方法。多普勒测流与传统测流方法相比,具有测验分辨率高、精确度好、信息量大、资料完整等优点,尤其适用于复杂环境下的流体流速、流量的测量。文章透过多普勒测流与传统测流的对比,详细地阐述了多普勒测流的原理及方法。     

流量实时监测代表垂线法应用探讨

代表垂线法具有提升水文监测技术手段和防汛测报的快速反应能力,提高通航河道监测效率,简化测验方法等特点。通过从流速仪精测法实测流量中筛选出代表垂线,对实测垂线平均流速与实际断面平均流速进行横向比较,经过误差分析,确定垂线的平均断面流速和实测断面平均流速之间相关关系。经数据检验后,结果满足《水文资料整编规范》标准要求。代表垂线法可以提高流量测验效率,缩短在中高水期间通航河道流量监测时间,实现流量实时监测,为防汛救灾指挥部门提供及时、准确的水情信息。     

坡面流阻力规律试验研究

通过实验室人工隆雨水槽试验，初步研究了坡面浅层均匀流及由降雨形成的浅层沿程变量流的流动阻力规律，根据试验中观察到的物理现象及对实测资料的分析，进一步明确了坡面浅层水汉与一般明渠流水力特性的差别，揭示了降雨、坡度和表面粗糙度对浅层流流动特性的影响，提出了“伪层流”的概念，根据实测资料建立了不同流区的Ｄarcy-Weisbach阻力参数f的定量关系式，研究成果可用于坡面流汇流计算及土壤侵蚀、产沙模拟等生产实践。     

基于Logistic回归模型的降雨型泥石流临界雨量定量分析

诱发泥石流形成的主要原因就是降雨,研究降雨影响泥石流形成的机制,对泥石流防治具有重要意义。Logistic回归模型实际上是一种降雨对泥石流发生概率的影响的定量分析方法。利用这一模型对泥石流灾害进行定量预测的关键是科学选择自变量雨量数据。有了前期有效降雨量和当日雨量,就可以利用降雨型泥石流临界雨量Logistic回归分析模型,对泥石流临界雨量进行分析,进而得到不同降雨情况下泥石流灾害的发生概率。     

入汇主河的泥石流龙头运动机理研究

作者基于野外观测资料和模型试验，提出了泥石流与主河交汇的两种模式，即：有上下分层交汇和无明显分层的潜入式交汇。建立了潜入式交汇的泥石流龙头运动方程，并讨论了模型参数的取值。计算结果得到以下结论：当主河水流费劳德数比较小(Fr＜0.35)时，入汇主河泥石流龙头在主河的运动速度近似以线性减速，且与试验值吻合较好；混合流粘滞系数和绕流系数对龙头运动速度影响较大；泥砂沉降速度对龙头内部体积比浓度有显著影响。     

润湿性微纳米圆管中去离子水的流动特征

在传统的流体力学中,流体在固壁处流速为零,即无滑移边界条件。在微纳米条件下,由于固液界面作用力增大,无滑移边界条件不再适用。该文首先从微米石英圆管中的流动实验现象出发,给出润湿性边界黏滞层厚度随应力变化的边界模型。在此基础上推导出层流条件下,微纳米管中的流量公式,并对流量公式进行渐近分析,同时也分析流动微纳米尺度下的流动特征。最后用微米圆管中去离子水的流动实验,对新建的理论模型进行验证。研究表明:润湿性条件下,边界黏滞层厚度随驱动力的增大而减小;新建立的微纳米尺度下的边界模型和流量公式非常符合实验结果,其中一次方的流量模型应用时更为简单,在压力梯度较小时,指数项起作用产生了非线性流动的效果。