垂直射流冲刷砂床的喷嘴间距试验研究

疏浚工程中常利用射流进行河道清淤和冲砂施工。为探究喷嘴间距对射流冲刷的影响,开展了一系列不同靶距、速度和间距的双喷嘴冲刷粗砂、中砂砂床试验,分析了冲刷坑形、冲坑深度和冲坑截面积的变化特性,得到了各工况下的最优喷嘴间距L_B和不利喷嘴间距L_N。结果表明,对于同一粒径砂床,改变靶距和速度冲刷时的L_B和L_N值变化较小,而与粗砂砂床相比,冲刷中砂砂床时的L_B和L_N值均有所增加。研究成果可供疏浚工程中射流系统设计作为参考。     

射流冲刷试验及其在黄河潼关河段的应用

为解决黄河潼关河段射流清淤工程有关技术问题，分析其冲沙效果，利用室内水槽进行了静水、动水条件下射流冲刷试验．试验采用容重为0.0215N／cm^3、孔隙率为0．61的粉煤灰．根据水槽试验研究，提出了能较好反映不同粘性床沙的射流冲刷坑尺寸的射流能力指标F0^0.6(d／D)^-0．19，并建立了冲刷坑尺寸与F0^0.6(d／D)^-0.19的关系；同时在潼关河段进行了现场试验，研究了喷嘴距床面的最优高度。提出喷嘴距床面的最优高度在0．7m左右．并初步分析了潼关河段的射流冲刷效果，射流冲刷后，含沙量明显增加；通过5年的清淤实践，平均每年射流清淤可使潼关高程在汛期降低0．15m左右.     

水下移动式双喷射流冲刷试验研究北大核心CSCD

通过实体模型试验研究双喷式射流结构对非黏性沙床上固定式管道移动射流开沟的变化规律。建立射流冲刷缩尺模型,设计模块化射流装置,揭示喷嘴射流速度和喷嘴平移速度对冲刷坑特征尺寸的影响规律。采用边界层剪应力分析冲刷坑的形态变化,引入冲刷参数进行无量纲化分析。研究结果表明:定点射流冲刷坑的断面轮廓具有中心对称性,移动射流冲刷坑的纵向剖面线具有几何相似性。冲刷坑的特征尺寸随射流速度呈线性变化,并随喷嘴平移速度的增加呈先增大后减小的变化趋势,同时移动射流在一定程度上可降低冲刷坑的回淤率。     

平面淹没射流垂直冲刷泥沙试验研究

射流在水利工程中作为冲沙手段已有较广泛的应用,冲刷过程的射流冲坑特性与泥沙悬浮特性均是衡量冲刷效果的重要指标。通过改变射流速度、喷射靶距、泥沙粒径,进行了平面射流冲刷沙床的系列试验。结果表明:冲坑与泥沙的悬浮尺寸随时间均呈现快速增长期、缓慢发展期和动态稳定期3个发展阶段,在此过程中,泥沙悬浮尺寸会出现峰值,最终在某一数值上下波动;总体上冲坑深度与泥沙悬浮尺寸随射流速度和喷射靶距的增大而基本呈线性增大,短时间(1 s)内靶距的增加对冲坑深度的影响较小;冲坑深度与泥沙悬浮尺寸随粒径的增大有所减小;冲刷参数可以用来综合衡量射流的冲刷能力,随着射流冲刷参数的增大,无量纲化的冲坑深度、悬沙高度和悬沙宽度均呈线性增长趋势。     

喷嘴间距对双股平面射流冲刷的影响

喷嘴间距是影响射流冲刷效果的关键参数。利用FLOW-3D软件对双股平面射流的沙床冲刷进行了数值模拟。固定沙床粒径和冲刷靶距,比较了不同喷嘴间距下冲刷沙坑的形状、深度和面积,分析了冲刷形成的流场和浓度分布。研究发现,两股射流之间会形成漩涡,这种漩涡会消耗射流的能量,但同时又促使中间区域沙床的泥沙残留减小。在某一喷嘴间距下冲坑的深度会出现极小值,设计喷射机具时应避免此种布置。同时存在最佳喷嘴间距,可确保冲刷区域无残留浅点条件下冲坑深度和面积达到最大,获得较佳的冲刷效果。     

射流冲刷试验研究(之二)

根据室内试验结果 ,建立了一个能够统一表达圆形喷嘴和矩形喷嘴射流强度的公式 ,建立了由射流产生的冲刷坑的几何尺度与射流强度间的关系。对试验中发生的喷嘴临界提升高度从理论上分析了存在的合理性。依据分析建立的喷嘴在临界提升高度和最大提升高度之间的冲刷坑尺度与射流强度、倾角和提升高度间的关系能够较好地描述试验结果。     

射流冲刷沙床初始阶段的SPH方法数值模拟

针对射流移动清淤时短时间内的冲刷效果问题,采用无网格光滑粒子动力学方法(SPH),对平面垂直淹没射流冲刷沙床的初始阶段进行了模拟计算。探讨了SPH中淹没环境和沙土材料的建立方法,研究了射流冲刷初始阶段动态冲坑深度的发展趋势,分析了射流速度对冲坑深度发展的影响。结果表明:采用SPH方法可以有效地模拟射流冲刷的过程;在初始阶段,冲坑深度随时间线性增加,而且随着射流速度的增加,坑深增加的速率加快。本文研究可为探讨疏浚射流破土效果提供数值方法参考。     

黏土中射流破土机理的研究

该文基于Herschel-Bulkley(HB)模型将黏土模拟为黏性流体,采用CFD(computational fluid dynamics)软件Fluent的VOF方法对黏土中射流破土过程进行连续实时模拟,设计实验室半圆喷嘴射流破土试验,直观可视射流切割剖面形状,并验证数值模拟结果。在此基础上,对影响射流破土机理的敏感性参数进行分析。研究结果表明:用HB模型模拟黏土,采用VOF方法可以较好模拟射流切割过程;射流最大切割深度可由圆形基础的不排水极限承载力确定,承载力系数为6.7;初始射流速度越大、喷距越小和土体不排水抗剪强度越低射流切割深度越大。     

射流冲刷试验研究

为研究影响射流冲刷的因素，作者进行了７０组试验，分别研究了单管和多管，水平和有入射角，贴底和离开床面，静水和动水等情况。对试验结果的分析表明，在床沙一定、河流流速与射流流速相比不大的情况下，冲刷坑的几何尺寸与Ｖ＾２／３Ｄ＾５／６有较好的关系。     

窄缝挑坎倾角对射流扩散减冲效果试验和挑距计算

本文通过试验得到了坝内深孔出口窄缝挑坎倾角变化对射流扩散，下游向床冲刷及冲刷坑起坑点影响的成果，另外，还提出窄缝挑坎射流上，下缘挑距计算式，经验证计算值与试验值基本一致。可用于工程计算。     

射流作用下不同沙床动态冲坑变化规律的试验研究

基于泥沙动力学和射流冲刷理论,对粗沙沙床和中沙沙床在某一流速下进行不同靶距的淹没射流实验,通过高速摄像机捕捉动态冲坑在短时间内的发展变化,分析了在前10s和前1s内的坑深发展规律。并将前1s等分成24个时间段分析其细微变化。结果表明:冲坑深度在前10s内基本呈对数规律发展;射流冲刷刚开始时中沙沙床冲坑深度的发展趋势有时滞后于粗沙沙床;冲坑深度随时间有先增加后减小的趋势,在此流速下存在一个最优靶距。此实验的研究成果在疏浚工程施工作业时具有一定的参考价值。     

射流掺气对冲刷的影响

通过对射流掺气与不掺气时基岩冲刷的对比试验，研究了掺气对射流冲刷的影响。试验结果表明：掺气总是使冲坑减小，冲坑深度随掺气浓度的增加而递减的规律可表示为幂函数关系。当入射流速和水舌厚度相同时，随着下游水垫深度的增加，掺气对射流冲刷能力的减弱程度也增加；当水舌厚度和水垫深度相同时，对不同的入射流速，在本次试验范围内，掺气对射流冲刷能力的减弱程度是相同的。掺气对冲坑形态并没有实质性的影响，冲坑的宽深比随冲坑深度的减小而增大，无论造成冲坑深度减小的原因是掺气、降低流速还是减少入射水舌厚度，其变化规律都可用相同的直线关系表示。     

基于破土能力优选喷嘴结构

针对高压水射流辅助沉桩方法破除开口钢管桩内土塞效应问题,基于破土能力对喷嘴结构进行优选。对目前常用的椭圆形喷嘴、圆弧喷嘴、锥形喷嘴和等变速喷嘴4种喷嘴结构对射流的影响进行了分析,借助CFD对射流破坏土体能力进行数值模拟,并结合模型试验对4种不同结构喷嘴产生的射流所需锤击数进行了测量,数值模拟与模型试验相互验证,结果表明:等变速喷嘴作用在土体表面中心处的压力最大,说明等变速喷嘴破坏土塞能力较好。     

重塑粗粒土-黏性土混合物冲刷特性研究

针对粗粒土-黏性土混合物的冲刷特性与无黏性土、黏性土的不同,采用冲刷函数测定仪对三种重塑粗粒土-粉质黏土混合物进行了冲刷特性试验研究,分析了不同粉质黏土含量情况下三种混合土体冲刷速率和起动切应力的变化规律,根据冲刷速率和起动切应力的取值确定了三种混合土体临界黏性颗粒含量的范围。随黏性颗粒含量的增加混合土体的冲刷行为逐渐由无黏性变为黏性,基于这一特点,提出冲刷黏性度的概念,作为衡量混合土体是否具有黏性冲刷行为的度量,考虑无黏性颗粒粒径和黏粒含量对混合土体冲刷特性的影响,给出冲刷黏性度表达式,根据本文冲刷试验数据确定了表达式参数的取值,通过已有其他试验数据,验证了冲刷黏性度表达式的合理性和准确性。     

埋设管道平面射流冲蚀沙床的试验研究

为认识埋设管道射流冲蚀沙床形成异重流的排沙效果,开展了不同射流因素及沙床边界条件下的试验研究,分析了冲坑形态尺寸在不同试验变量下的变化规律及异重流运动特性。结果表明：冲坑发展过程分为三个阶段,冲蚀深度变化随时间逐渐变缓,冲坑二维形态相似,上下游坡面不对称,整体向下游发展;射流与沙床在一定坡度埋深、较小的沙床坡度和各喷嘴冲蚀形成独立冲坑的情况下,冲蚀效率较高;泥沙由射流冲蚀起动并在水流卷吸作用下形成浑水异重流,其实测浓度远大于水流挟沙力,实现了较高浓度的含沙水流远距离输移,表明这种方法具有较高的清淤效率,具备一定可行性。     

射流坡度控制结构的下游冲刷

建立在二维射流扩散和泥沙颗粒稳定基础上的坡度控制结构下游局部冲刷的理论研究已由试验得到验证。紊动射流的扩散将会降低接近河床泥沙颗粒的水流流速。当冲坑中的无粘性泥沙颗粒不能被冲走时,便达到了冲刷平衡状态。平衡冲刷深度可认为是流速、水深及泥沙粒径的函数。从理论上推导出来的公式与文献中所报道的回归方程极其吻合。试验采用了大型物理模型,其单宽流量达2.5平方米每秒。冲刷深度超过1.4米。结合以前小型试验组的数据,得到了包括从附壁射流到垂直射流,从小淹没射流到大淹没射流,以及各种控制射流坡度情况下的总计231个试验冲深数据。考虑了所研究的种种射流型式,冲深的理论计算结果与试验测定结果的吻合程度是令人满意的。     

射流清淤对提高潼关河段输沙能力的作用

根据水流输沙机理及潼关河段射流清淤的野外试验资料,分析了影响潼关河段输沙能力的因素及射流船的射流冲刷效果,并初步计算了射流清淤对提高输沙能力的作用。研究认为,潼关河段的射流清淤,一方面通过射流装置冲起大量泥沙,提高了水流的含沙量,另一方面改善了清淤河段的河槽形态,使之趋于窄深,从而提高了河道输沙能力。初步结果表明,射流清淤使河道增加的输沙量是射流冲起泥沙量的1．6倍左右。     

基于Flow-3D的水平射流冲刷泥沙数值模拟

为了模拟分析闸口水平射流对下游泥沙冲刷的全过程,基于水工模型试验,采用Flow-3D软件中的泥沙冲刷模型结合RNG模型和FAVOR方法,进行了水平射流冲刷固定底板下游泥沙的模拟试验。根据原水工模型条件,结合模型试验结果,对冲刷过程中的水面线、流速分布、冲坑深度和堆丘高度进行了对比分析。结果显示,数值模拟与原试验结果中水面线和流速分布吻合度很高,冲刷过程中的冲坑深度与堆丘的高度也很接近。分析了冲刷过程中的泥沙运动,模拟了不同粒径泥沙的冲刷过程并将结果进行对比,发现达到冲刷平衡阶段时冲坑深度与堆丘高度随泥沙粒径的增大而减小,该结论符合理论分析,证明该软件中泥沙模型可用于物理试验中的有关变量分析。     

圆形射流冲刷疏松淤沙的研究

结合城市污水海洋处置工程的研究，通过模型试验，研究和探讨了水平圆形射流冲刷淤埋喷口的疏松淤沙的规律，根据试验现象，可将圆形射流对淤沙的冲刷过程分为三个阶段，即泥沙初始流化阶段，泥沙完全流化阶段和形成稳定、清晰的冲刷坑阶段。通过量纲分析和对试验数据进行回归分析，分别提出了圆形水平射流在静水环境下对淤埋喷口的疏松沙冲刷的临界射流冲淤流速、冲刷坑尺寸计算的经验公式。     

自激吸气脉冲射流装置运行参数正交试验研究

为了解运行参数对自激吸气脉冲射流装置性能影响的重要性次序,探究各运行参数间是否存在耦合作用,运用正交试验方法,选取最佳配比范围内的自激吸气脉冲射流装置,对不同运行参数下的自激吸气脉冲射流装置的吸气性能和冲击性能进行了试验研究,分析了围压、工作压力、射流靶距等运行参数对装置性能的影响程度及敏感度。结果表明:各运行参数对装置吸气性能影响的主次顺序为工作压力、围压、射流靶距以及工作压力和射流靶距的交互作用;对装置冲击性能影响的主次顺序是射流靶距、工作压力、围压以及工作压力和射流靶距的交互作用。最后,探讨了各运行参数对靶盘径向压力分布的影响。