明渠紊流脉动流速结构的PIV试验研究

明渠紊流的脉动流速结构对动量传递和能量耗散具有重要影响,基于光滑床面和加糙床面明渠紊流PIV流场测试资料,探讨了近壁区脉动流速的概率分布,分析了紊流事件概率的垂线分布特征,研究了雷诺应力和紊动能的象限分布及其与紊流事件概率的关系。结果表明:床面加糙会改变近壁脉动流速的概率分布和组织结构,加糙后纵向脉动流速概率分布变得尖陡且呈高狭峰,垂向脉动流速概率分布逐渐坦化并接近正态分布;光滑床面近壁区呈现清晰的高、低速条带结构,加糙后条带结构逐渐变得不规则甚至完全消失。床面加糙不会改变第2、4象限紊流事件的主导地位,但会改变其概率分布特征,加糙后第2象限紊流事件概率在全水深范围内总体增大,第4象限紊流事件概率仅在内区明显增大,床面加糙对第2象限紊流事件概率的影响范围大于第4象限,加糙后第2象限紊流事件的主导地位相对增强,第2、4象限紊流事件概率差异减小,紊流各向异性减弱。无论对于光滑床面还是加糙床面明渠紊流,第2、4象限的雷诺应力及紊动能总体大于第1、3象限,尤以第2象限最大,该象限紊动能可占总紊动能的39.3%;床面加糙后,第2、4象限的雷诺应力及紊动能绝对值均增大,雷诺应力在内区增幅尤为明显,紊动能在内、外区增幅较为接近;同时,第2、4象限的紊流事件概率、雷诺应力和紊动能变化具有较强的关联性。     

刚性淹没双层植被明渠水流紊流特性研究

文章采用标准 紊流模型,结合雷诺平均Navier-Stokes方程,对刚性淹没双层植被明渠水流特性进行了研究。计算所得的流速值与实测值吻合良好,表明计算方法可行。进而根据空间及时间的双平均理论,给出了双平均条件下的明渠流速,雷诺应力及紊动能分布,并对紊动能平衡方程中的各项进行了分析。结果可以看出,刚性双层淹没植被作用下,垂向流速分布曲线由三个拐点将其划分为四个区域;雷诺应力及紊动能分布在植被顶端明显增强,高植被顶端各项值均大于低植被顶端相应值;紊动能平衡方程中的紊动耗散项及压力耗散项在紊动能平衡方程中起着主导作用;植被顶端区域产生的涡,通过喷射和扫掠作用使其附近水体发生质量及动量交换。     

岸坡植被对复式河道水动力特性影响的数值模拟

广泛分布于天然河道岸坡的植被能够改变河道水流特性,进而影响坡脚淘刷、河岸稳定及河道形态演变趋势。为精细揭示岸坡植被对复式河道水动力特性的影响,提出植被固壁边界处理方法,利用雷诺应力模型封闭紊流控制方程构建了复式河道三维水动力数学模型,并对复式河道水流特性进行了模型验证,模拟结果与实测结果吻合较好。将该模型应用于岸坡有植被的复式河道水流特性研究,对比非淹没刚性植被、淹没刚性植被、淹没与非淹没刚性植被交替和无植被情况下流速、流量、河床剪应力、雷诺应力以及紊动能分布的差异。结果表明：岸坡植被加剧了滩槽间横向动量交换,引起二次流涡旋数量、强度和范围的增加,同时使得横断面流速、流量分配、河床剪应力、雷诺应力及紊动能在滩槽交界区显著减小,紊动交换在临近植被的周边区域明显增加。其中岸坡种植非淹没刚性植被时效果最为显著,相比无植被情况,二次流涡旋数量增加了一对,岸坡植被区流速、流量分配、河床剪应力、雷诺应力及紊动能大幅减小,甚至趋近于零,而临近植被的周围区域紊动交换剧烈,无量纲化的紊动能值可达到20。     

有低矮植被覆盖的河道水流特性试验研究

通过室内水槽模型试验,探讨了有低矮植被生长的河道糙率变化、时均流速的垂线分布以及紊动强度的垂向变化规律.把植被区的垂向流速分布从河床表面到自由液面按有无植被的影响划分为3个区域,试验结果表明:时均流速垂线分布单调递增,增大到大于平均流速的某个值后达到稳定,之后流速分布为半对数分布;纵向、横向及垂向3个方向紊动强度最大值均出现在植被层顶部,且相同测点处存在T(x)>T(y)>T(z)的关系.经过试验分析认为:河道种植植被应选择远远处于淹没状态的较低矮的品种,且种植密度不宜太稠密,可起到固滩护岸、又不至于降低河道的泄洪能力的效果.     

淹没树状植被水流速度分布规律研究

对淹没树状植被水流速度分布规律进行研究,建立了流速解析解模型,模型先将植被水流划分为树干层、树冠层和自由水层,然后将树干层再细分为近床面区和掺混区。研究结果表明,近床面区纵向速度垂向上接近定值;掺混区处于与树冠段交界处,水流紊动剧烈,纵向流速表现为随水深增加而降低。基于Boussinesq涡流粘度理论,采用二阶变系数线性微分方程求解方法,得到树冠层纵向流速垂向分布公式;该层流速与植被直径紧密相关,当植被直径增加时流速减少,当植被直径减少时流速增加。自由水层则直接引用经典对数律流速公式,流速与水深是对数关系。实验结果表明,模型计算值与实验测量值吻合良好,表明模型是合理有效的。     

卵砾石床面时均流速分布的试验研究

单一明渠水流由于边壁和自由水面的影响,主流区内时均流速沿垂线方向的分布存在多种形式。本试验借用声速多普勒流速仪(Sontec-ADV),测试了不同卵砾石床沙组合条件下的床面时均流速结构。试验表明:垂线流速分布主要受床面糙度R/Ks和水流流态的双重影响,佛汝德数和相对糙度在一定程度上决定了其归属于单一对数分布还是S形曲线分布,而S型曲线的转捩位置Z/H值与相对糙度R/Ks具有较好的相关性。     

（研究生论坛）滩地一排植被作用下的复式河槽水流特性研究

为研究滩地种植一排植被情况下,梯形复式河槽断面的垂线平均流速分布和床面剪切应力分布,进行了4种方案的室内水槽试验。分别采用多普勒三维流速仪（ADV）和普雷斯托管对流速和床面剪切应力进行了测量。试验结果表明,植被处于淹没状态时,主槽中心线和滩地中心线附近的垂线流速呈对数分布,而在植被区域的垂线流速呈S型分布。流量的增加和植被间距的加大将引起同一垂线的平均流速增大。床面剪切应力值在植被区域达到最小值,表明植被对断面的床面剪切应力有显著削弱作用。流量越大、植被密度越小,床面剪切应力值就越大,但床面剪切应力占水流阻力的比重越小。     

山区河流浅水河床漂石对局部水流结构影响试验研究

西南山区河道普遍分布着大量的卵砾石、漂石等大粒径床沙,漂石颗粒急剧调整局部水流结构与泥沙输移,从而制约着河床响应过程。以漂石河床水流结构为研究对象,结合野外典型河段调查和概化试验,利用3维多普勒流速仪（ADV）详细测量漂石区域的3维流速,探讨浅水条件下漂石颗粒对局部水流运动的影响。分析表明：漂石对水流结构的影响集中在其下游中心区域,尤其是远部尾流区内,其纵向范围主要集中在约–1<Δx/D<2区域,其中漂石附近的近底流速变化明显,远部尾流区边界高度也从受漂石影响较小的上游0.3～0.4倍水深发展到受漂石影响较大的下游0.5～0.7倍水深处;中心纵剖面紊动能和雷诺应力数值显著大于左右两侧,且其数值在漂石下游激增至1～10倍和1～16倍,两者出现峰值的位置都集中在漂石远部尾流区末端。研究还发现,漂石相对淹没度（H/D,平均水深与漂石有效直径之比）对漂石附近的水流结构有较大影响,随着相对淹没深度（H/D）的增加,其对流速、紊动能和雷诺应力的影响逐渐增强,在处于临界淹没度H/D = 1.2时最为强烈,之后强度递减。不同相对淹没度（H/D）下,流速、紊动能和雷诺应力恢复区长度相近,且与远部尾流区尺度变化基本一致。总体而言,漂石通过改变局部沿程流速、紊动参数和远部尾流区分布,从而显著影响浅水河床局部水流结构,其具体影响因子和响应规律有待进一步深入研究。     

山区松散排列泥沙床面河流阻力特性研究

河道阻力决定了河流流速与挟带泥沙的能力。然而与普通河流不同,山区河流的河道阻力比较复杂,床面泥沙排列密度对于河道阻力影响明显。试验资料表明,在低泥沙排列密度时,河道阻力随着排列密度的增大而增大,当达到最大值后,随着排列密度的增大呈现减小的趋势。利用程年生植被糙率尺度的概念,建立了适用于含有松散排列泥沙床面情形的糙率尺度。通过试验数据,确定了糙率尺度表达式中的待定参数,在f-r/k_v图上,建立的泥沙颗粒糙率尺度可以使所有的数据点归结到一条曲线上。最后,建立了适用于松散排列泥沙床面河道的达西阻力系数表达式。对于天然河流,本文建立的达西阻力表达式仍然具有较高的计算精度。     

基于随机位移方法的植被水流纵向离散研究

在天然河道中,离散主要是由纵向流速在横断面分布的不均匀所引起,当河道中存在部分挺水植被时,流速分布的不均匀性更加明显。为了研究部分挺水植被水流中的纵向离散,假设各变量在垂向是不变的,模拟一个由流向和横向组成的二维域,引入了基于拉格朗日观点的随机位移模型,该方法直接使用独立运动的离散颗粒来描绘物质的输移,不再需要求解随流扩散方程。随机位移模型主要根据水深平均流速和横向紊动扩散系数的横向分布来确定污染物的分布。其中,流速横向分布公式采用了基于剪切涡的简化经验公式,该公式的优点在于不用对二次流系数进行率定,且物理意义明确;另外,利用量纲关系及遗传算法给出了剪切涡外层宽度的显性经验公式,分析可得剪切涡外层宽度主要由水深和河床阻力决定,植被的直径和密度对于涡旋外层结构影响较小;根据以往实测资料,提出了横向紊动扩散系数的横向分布模型,揭示了横向紊动扩散系数在交界处远大于稳定区的动力特性。为了验证随机位移模型预测的准确性,在长直部分植被水槽进行了室内试验,流场中不同点的浓度过程线的实测值与模拟值吻合良好,表明随机位移模型可以有效地模拟部分挺水植被水流纵向离散,为生态河道污染物混合输移的评估提供了新的方法。     

振动流化床的分选特性

研究了振动流化床的流化特性及分选性能,分析了矿粒在振动流化床中的受力情况,分析了影响矿物按床层密度分层的主要参数,揭示了振动流化床的分选机理。试验结果表明：在适当的工艺及操作条件下,振动流化床床层密度均匀稳定,各密度最大相对误差仅0．32％,加重质宏（Ep值）达0．07,为细粒煤的分选提供了一条新的干法分选途径。     

固定床内的温度分布特性与化学蓄热

为了精确描述固定床床层内的温度分布关系,准确地获得蓄热装置的蓄热效率以及蓄热过程中的反应条件,对固定床内的径向温度分布与周向温度分布进行了实验测定. 结果发现径向温度分布中有一明显的拐点,即在靠近壁面附近有一温度降低的区域. 数据对比与分析表明,壁面附近温度降低的区域与流体的雷诺数以及床层高度无关,它是由床层内空隙率的径向分布造成的;固定床中周向温度分布的不均匀性则完全是颗粒在床层中的乱堆性质决定的.     

Nonlinear dynamical characteristics of bed load motion

The turn of the century has ushered in reforms and improvements to many classical fields of study in science and engineering. Two worldwide trends in the development of science are noteworthy in particular. First, new inter-disciplinary areas are emerging as a result of classical subjects crossing over each other. Second, the nonlinear science has become mature enough to be increasingly applied to many fields[1,2]. River dynamics, as a central topic in the study of sediment transport, contains…     

流化床内颗粒大小的模糊检测

水文提出了一种流化床内颗粒平均直径的新型检测方法,检测流化床内压力波动信号,经过功率谱分析并借助于模糊数学对流化床内颗粒大小进行检测。实验证明:这种方法检测手段可靠、数据处理方便、检测精度高。可用于工业流化床内颗粒大小的在线检测。     

自动摇摆床升降床体设计

结合企业生产进行多功能自动摇摆床设计,通过升降床体总体方案设计与选择、运动分析与动力分析、关键机构结构设计,为企业进行自动摇摆床加工、扩大产能、维修等工作提供了理论指导.     

一种多功能组合式病床的结构

一种组合式多功能可移动病床,包括床外框和床芯,它既可以作为固定病床使用,又可以作为推床使用,还可以变换为轮椅使用。     

大直径喷动床流动特性的研究近况

本文介绍了大直径喷动床流体力学的研究近况,其中包括喷动的稳定性条件,最低喷动速度,喷动床压降,喷管形状及计算,环形区气速的分布.对于工业规模喷动床设计,具有一定的参考价值.     

440 t/h循环流化床锅炉存在问题与对策

针对440 t/h循环流化床锅炉运行中的故障问题,提出了对原设计的修改方案,可解决播煤风风量低、锅炉床温低、冷渣器及气力输送系统存在的问题,对提高循环流化床锅炉的运行效率有重要意义.     

电站IGCC改造中对气化炉类型选择的理论分析

介绍了气化炉的技术经济指标 ,分析了喷流床和流化床 2类气化炉的特点 ,讨论了在电站IGCC改造中应如何选择气化炉系统。