植被配置对坡面流阻力规律的影响分析

为探明卵石耦合不同植被类型下坡面流阻力变化规律,基于明渠水力学理论,在5°缓坡条件下,通过5个流量和3个覆盖度组合条件下的室内放水冲刷试验,系统研究了卵石压盖坡面下植被水流的阻力特征。结果表明,卵石压盖下,曼宁系数n随单宽流量q的增加而缓慢增加,最后趋于稳定值0.027;卵石耦合植被作用下n随q先有一个缓慢下降的过程,最后呈上下波动的趋势;曼宁系数和平均流速U、弗劳德数Fr呈递减的幂函数关系,与阻力系数f呈递增的幂函数关系;明渠中n与f的关系式应用于卵石压盖的裸坡时还需进一步验证,但对卵石耦合植被下的坡面水流拟合度较好。     

无反向流脉动条件下波纹管内流体传热及阻力特性研究

利用数值模拟与实验相结合的方法,在无反向流脉动条件下,分析脉动参数雷诺数Re、斯特劳哈尔数St及振动分率P对波纹管中流体的传热和阻力特性的影响。入口速度为脉动速度,入口温度设为300 K,出口设为自由出口,壁面采用恒温壁面,温度为350 K。研究表明：波纹管内流体处于层流状态时,随着Re的增大,传热强化幅度不断增大;流体处于湍流状态时,传热强化幅度随Re的增大而降低;随着St的增加,传热强化幅度增大;振动分率P对传热强化幅度的影响不明显;平均摩擦系数随着Re的增大而减小,随着振动分率P的增加而小幅度增大,在一个脉动周期内摩擦系数呈正弦规律变化,且随着St的增大发生明显变化,但平均值几乎不变。     

降雨和径流综合作用下的细沟断面形态分异特征

为探究特定细沟自身的空间形态差异及其形成机制,采用室内模拟试验,研究了沿程冲刷与溯源侵蚀共同作用条件下细沟断面形态的分异特征。结果表明,沟宽与宽深比沿坡长方向呈先减小后增大的非线性规律,沟深则呈沿程减小的线性规律;沟宽与流量、坡度指数关系中的流量指数、坡度指数沿坡长方向分别由0.95、0.79降至0.47、0.31,沟深关系中流量与坡度指数也呈类似的沿程递减规律,宽深比指数关系中的两个指数在坡面下方均接近于0;沿程冲刷对细沟断面的塑造作用体现为沟宽与沟深的同时增加,作用强度沿坡长方向降低;溯源侵蚀的塑造作用体现为沟宽增大速率大于沟深,断面向宽浅方向发展,作用强度逆坡长方向降低;沿程冲刷与溯源侵蚀在空间上的叠加效应导致了细沟断面形态的分异特征。因此,在沟蚀防治过程中,可在一定汇流范围内布置截排水设施,以避免形成较大股流导致沿程冲刷与溯源侵蚀。     

坡度与降雨强度对坡面侵蚀产沙过程影响的试验研究

鉴于坡度和降雨强度的变化对坡面侵蚀产沙过程影响明显,通过设计室内大型试验土槽,采用室内人工模拟降雨的方法,对不同坡度和降雨强度下坡面侵蚀输沙动态过程进行试验研究。结果表明,在降雨强度不变的条件下,累计产沙量、输沙率随坡面坡度增大而增大;同一坡度下累计产沙量、输沙率随降雨强度的增加而增加;输沙率与降雨强度呈线性关系,与坡度呈幂函数关系。进而基于试验结果,通过二元非线性回归,建立了输沙率、单位面积单位时间产沙量、坡度及降雨强度之间的经验公式。     

西南山区不同雨强下的坡面泥沙输移变化试验研究

为研究西南山区暴雨作用下坡面泥沙输移变化过程,进行了不同雨强下的坡面冲刷试验,判定了坡面泥沙输移激增时间节点,研究了雨强对坡面泥沙输移变化的影响.结果 表明,坡面细沟开始合并的时间点可作为坡面泥沙输移激增判定条件;雨强与泥沙激增时间点、泥沙垮塌时间点及泥沙进入水槽时间点均表现为负相关关系,与坡面平均输沙率表现为正相关关...     

降雨诱发堆积体浅层破坏特征及机理研究

降雨诱发的堆积体滑坡广泛分布于三峡库区,通过研究此类滑坡的变形特征及失稳机制,分析其稳定性,对滑坡灾害的治理有重要意义。以桥头北次级滑坡为例,综合分析降雨、自动GNSS监测等数据,结合野外宏观巡查及勘查资料,研究了其变形特征及失稳机理。结果表明,桥头北次级滑坡整体变形明显,累积位移-时间关系曲线呈“阶跃”变形特征,降雨及因挡土墙排水失效导致的坡体饱和及地表漫流是诱发滑坡变形的主要因素,降雨通过孔隙和地表裂缝渗入坡体,地下水位抬升,积聚1～2 d后坡体饱和,变形加速开始,降雨结束3～7 d后恢复。     

水位骤降时某冰水堆积体边坡稳定性分析

冰水堆积体在物理力学性质等诸多方面与一般松散堆积体差别显著,研究库水位骤降对冰水堆积体边坡稳定性的影响意义重大。采用有限元数值法耦合分析某冰水堆积体边坡在水位骤降时的渗流场、位移场,并结合极限平衡法研究该边坡稳定性。结果表明,地下水浸润线明显滞后于库水位;水位下降8 d时冰水堆积体边坡在前缘基覆界面至坡面范围产生最大位移,约0.07 m;稳定性系数先减小后增大,整体稳定性较好,冰水堆积体前缘安全储备较低。研究成果可为冰水堆积体边坡稳定性分析提供参考。     

基于PFC~(2D)软件的柿树沟泥石流运动过程数值模拟

为了解泥石流的启动及运动过程,以栾川县柿树沟泥石流堆积体为例,基于堆积体室内大型直剪试验指标,利用PFC2D模拟软件对其启动及运动过程进行仿真数值模拟,分析了不同工况下堆积体的运动速度场、应力场及位移场,研究了崩滑松散碎屑堆积物质启动、形成泥石流的过程和机制。结果表明,强降雨是柿树沟沟内松散堆积体启动形成泥石流的触发因素;中雨工况下,地表径流的冲刷力仅对堆积体表层有影响,但堆积体整体形态基本无变化;暴雨工况下,泥石流沟上游的洪水迫使土石颗粒脱离堆积体表面,后缘表层土体首先开始运动,产生的推挤力不断推动前方堆积土体向前运动,坡面形态发生显著变化;暴雨时间越长,堆积土体的运动速度和位移也越大,最终导致堆积体发生连锁式破坏,形成泥石流。     

沥青坡面水流特性影响因素敏感性分析

为阐明城市沥青道路坡面积水分布影响机理，采用二维浅水方程模拟分析沥青坡面降雨径流特性，基于全局综合敏感性分析的正交试验法，对引起沥青坡面不同程度积水的多重影响因素(坡面横坡、纵坡、坡面宽度、坡长、降雨强度及糙率系数)进行综合敏感性分析。以最大径流深度为敏感性分析指标，同时进行极差分析和方差分析，不仅给出了各影响因素敏感性排序，且明确了各影响因素的显著性水平。研究结果表明，漫流排水条件下，横坡、坡面宽度及降雨强度对坡面径流深度影响均较显著；坡长对坡面径流深度影响不显著；坡面径流深度与横坡均呈负相关关系，与降雨强度、坡宽、坡长呈正相关关系，与糙率系数呈先负后正的相关关系。研究成果可为工程实践提供参考。     

棕壤盐水入渗水分运移特征研究

采用水平土柱,以质量浓度5%的KCl溶液作为入渗液,并以耕层棕壤为供试材料,测定了不同入渗时间下的水分运移特征.结果表明,累积入渗量与时间呈幂函数关系,随入渗时间的延长,累积入渗量增大但增幅减小;累积入渗量与湿润峰运移距离呈线性关系,随湿润峰运移距离的增大,累积入渗量亦增大;湿润峰运移距离与入渗时间呈幂函数关系,随入渗时间的延长,湿润峰运移距离增大但增幅减小;盐溶液入渗情况下,棕壤的吸湿率约为162.38 cm/h;水分入渗率与时间呈幂函数关系,初始入渗时段入渗率下降速度快,随后入渗率随入渗时间的延长而缓慢下降.     

姊妹孔旋流气膜冷却的流动传热特性研究

为了研究旋流进气条件下姊妹孔副孔的排列方式和冲击孔角度在不同吹风比下对旋流气膜冷却效果的影响规律,采用旋流冷气腔,按上述两因素建立7个模型,并在6个吹风比下对各模型采用传质传热类比方式进行数值模拟计算。研究结果表明：在吹风比较小时,各模型冷气射流的贴壁性都较好,且各模型的冷却效率相差不大,但是随着吹风比的增大,各模型的冷却效率都有所下降;采用30°冲击孔针对姊妹孔副孔排列方式,两副孔轴线与主孔轴线距离L1,L2均为0.75D的模型1在6个不同的吹风比下都能取到最高的面平均冷却效率;冲击孔角度对气膜冷却效果的影响在不同吹风比下存在较大差异,在吹风比M为0.3～1.0时采用30°与50°的冲击孔都能得到较好的冷却效果,但当吹风比增大到1.25～1.5时,采用30°冲击孔能获得更好的冷却效果。     

燕山水库输水洞岩石坡面植被护坡技术应用

介绍了边坡植被具有的浅层防护、水土保持和生态功能,以燕山水库输水洞岩石坡面植被护坡工程为例,分析了岩石边坡形成后概况,并针对1∶1、1∶2和1∶3不同坡比边坡综合分析对比了分别采用植被混凝土生态防护、防冲刷基材生态护坡和客土喷播技术的效果,同时提出了三种技术施工及冬季施工措施.实践证明,植被护坡工程在护坡和水土保持上可取得较好的综合效果.     

库水位下降条件下码头岸坡稳定性分析

以重庆市纳溪沟改扩建工程岸坡为依托,对接岸结构与码头结构无直接相互作用的情况,采用PLAXIS有限元分析软件分析了库区水位下降条件下码头岸坡稳定性影响因素、重力式挡墙受力变形规律及潜在滑坡失稳破坏机理。结果表明,码头岸坡安全系数随库水位下降呈先减小后增大的变化趋势,不同库水位下降速率会引起不同的码头岸坡最不利水位;岸坡内潜水位下降速率的滞后将产生指向坡外的渗透水压力,码头岸坡安全系数随库水位下降速率的增大而不断减小;库水位下降时重力式挡土墙可能发生绕基座底部朝向岸坡临空面方向的失稳倾覆,墙后回填岩土层可能发生拉裂解体,并沿危险滑面滑移失稳。     

不同植物根系对岸坡土体抗剪强度的影响

干旱地区植被根系在增强土体抗剪强度方面具有显著作用。为探究塔里木河下游植物根系对岸坡土体抗剪强度的影响,明确植被对岸坡防护的作用机理,以红柳、芦苇、骆驼刺、梭梭4种典型荒漠植被为例,开展室内根系拉伸试验和直接剪切试验,对比分析了4种植物根系对土体抗剪强度的影响规律。结果表明,4种根系的直径与抗拉力和抗拉强度均呈幂函数关系,其中与抗拉力呈正相关,与抗拉强度呈负相关,当根系直径>1.5 mm后抗拉力差异性显著提高;根系体积密度(R_RVD)对根—复合体的抗剪强度影响呈非线性。4种根—土复合体增加相同R_RVD时,对抗剪强度的提高程度依次为红柳>芦苇>骆驼刺>梭梭,表明红柳和芦苇在提高抗拉力和土体粘聚力方面具有显著优势,可作为沿岸固土防蚀植被推广种植。     

尾缘双穿孔对翼型性能影响研究

相关研究表明多孔尾缘在降低翼型噪声的同时,对其气动性能也有一定影响,且穿孔几何尺寸和位置是影响尾缘翼型噪声与气动特性的重要参数。针对NACA65019翼型,在来流雷诺数Re=2×105条件下,采用计算流体力学方法研究具有不同穿孔孔径和位置的尾缘双穿孔翼型绕流特征和噪声特性,并通过部分实验验证模拟的可靠性。研究结果表明：尾缘双穿孔翼型在小攻角下,升阻比较原翼型有较明显的提升,当来流攻角大于12 °后,升阻比开始小于原翼型;在一定来流攻角范围内,尾缘双穿孔翼型可延迟吸力面分离,降低吸力面边界层厚度;边界层厚度的降幅与穿孔孔径、穿孔位置密切相关,最大可达28.8%。根据相关声学理论模型,分析了穿孔孔径及位置对尾缘双穿孔翼型噪声特性的影响,经数值研究表明：α=6°时,在100~7 kHz频率范围,不同的尾缘双穿孔翼型相较于原翼型噪声降低最高可达10.7 dB;d=1.0 mm和Xc/c=0.82翼型效果最佳。     

考虑冲刷的单桩式海上风力机动力响应研究

为了研究复杂海洋环境下桩周冲刷对海上风力机动力响应的影响,以美国可再生能源实验室5 MW海上风力机为研究对象,建立风力机塔架-单桩-土体有限元模型,计入风浪和地震荷载对冲刷情况下的单桩式海上风力机进行动力响应研究。对比分析不同冲刷深度以及冲刷坡角对风力机系统固有频率和动力响应的影响。研究表明：当冲刷深度增加到二倍桩径时,风力机一阶固有频率降低至转子1P频率附近,容易引起共振;在风浪荷载以及风浪、地震联合荷载作用下,冲刷坡角不变,风力机最大位移与弯矩随着冲刷深度增加而增大,疏松土质条件下的增量大于紧密土;保持冲刷深度不变,冲刷坡角的变化对风力机动力响应影响较小。     

植被根系对黄土边坡稳定性及固土效果的影响

为了研究植被根系对黄土边坡稳定性及固土效果的影响,通过室内直剪试验、模型试验及数值模拟方法,研究了植被根系对黄土强度、边坡抗冲刷能力、边坡渗流场的影响。结果表明,植被根系可明显提高黄土抗剪强度,且随着植被根系数量的增多,黄土的最大抗剪强度和残余抗剪强度均有明显增大;坡表种植植被后,黄土边坡表面的抗冲刷能力增强,在相同的水流冲刷条件下,原状黄土的冲刷深度为20cm,种植植被后冲刷深度仅为1.5cm,可见植被根系对黄土具有较好的保持作用,渗流数值模拟发现坡面种植植被后,防渗效果明显提高。     

单裂隙中开度及粗糙度对Forchheimer公式特征参数的影响

Forchheimer公式已广泛应用于高速非达西渗流计算中,但裂隙开度与粗糙度对公式中的特征参数k和β的影响研究尚不够明确。为此,应用Fluent计算软件,用标准J_(JRC)曲线模拟裂隙结构表面粗糙度,研究了裂隙开度b与裂隙粗糙度(J_(JRC))对渗透率k和非达西系数β的影响。结果表明,粗糙裂隙中发生高速渗流时,渗透率与J_(JRC)呈负相关关系,与裂隙开度呈正相关线性关系,裂隙开度是影响渗透率的主要因素;β随着J_(JRC)的增大而增大,随着裂隙开度的增大而减小;非达西系数与渗透率之间存在着负相关关系,这种关系可用幂函数来较好表达。     

溢洪道交错式阶梯消能工的消能特性研究

为分析不同坡比下交错式阶梯消能工的水力特性，采用数值模拟与模型试验相结合的方法，对比研究了不同流量下1∶2.0、1∶2.5两种坡比交错式阶梯和矩形台阶消能工的流态、流场、压力场及消能特性等。结果表明，交错式阶梯消能工坡比增加，台阶凹槽处形成的三维漩涡尺度增加，水流旋滚剧烈，水深较大；台阶竖直面压强的绝对值较大，负压区范围增加。两种坡比下台阶水平面压强分布相似，均表现为越靠近台阶外沿压强越小。坡比为1∶2.0的阶梯消能工消能率更大，同一坡比消能工的消能率与流量呈非线性关系，流量越大消能率变化越缓慢。交错式阶梯消能工较矩形台阶溢洪道掺气更加充分，消能率更高。研究结果可为交错式阶梯消能工的结构优化提供理论依据。     

旋流角度对燃料掺混特性影响研究

为了研究工业燃气轮机燃烧室旋流器旋流角度对燃料/空气混合均匀度以及NOx排放的影响,针对某型燃烧室的中心分级双级轴向旋流器,应用Fluent软件,选择Realizable k-ε和Species Transport模型,在燃气轮机的设计工况下对不同旋流角度回流区形态、甲烷的体积分数分布、温度场和污染物的排放进行了数值模拟。研究表明：随着内旋流角度从30°增加到50°,燃烧室内流场形成的回流区尺寸有减小的趋势,燃料的分布趋于均匀,主燃区最高温度从2 304 K降低到2 180 K, NOx排放呈先增大后减少的趋势,旋流角度为50°时NOx排放质量浓度为501.045 mg/m3。