促淤浮帘绕流阻力特性及其计算

基于促淤浮帘的参数设计和稳定性考虑,需探明浮帘的绕流阻力特性及其计算方法。通过试验研究,分析了绕流阻力随浮帘密度、高度和弗汝德数3个参数的变化规律,得到了在河床未发生冲刷时绕流阻力最大且随浮帘趾冲刷及帘后淤积的发展逐步减小的结论。根据试验数据,利用回归分析得到浮帘绕流阻力系数的计算表达式。试验结果表明,在所研究的范围内,浮帘绕流阻力系数与浮帘雷诺数无关。     

促淤浮帘群的系缆力研究

促淤浮帘群的系缆力大小及其特性的研究对于布置促淤浮帘群的设计及施工有重要的意义。本文通过室内水槽实验,分析了群体中每个浮帘的系缆力随浮帘间距和弗汝德数的变化规律,探明了在定床恒定流条件下浮帘群后横轴回流尺度对浮帘群内系缆力的影响,得到了浮帘群的最大系缆力、各排浮帘系缆力随着间距的增大先增大后减小的结论以及不同尺寸浮帘群的最佳间距范围。     

生态浮床对河道水流阻力效应试验研究

采用水槽试验方法研究了不同水流条件、不同布置形式下生态浮床对河道水流阻力特性的影响,结果表明:试验条件下,生态浮床增加了水流阻力,造成上游水位壅高,流经生态浮床附近的水流流速迅速降低,床体两侧涡纹明显;生态浮床的等效附加糙率为0.006～0.043,在相同流速条件下,水深越深,等效附加糙率越大,浮床居中布置较浮床交错布置等效附加糙率更大些。     

含淹没植物的水流阻力试验研究

河道中存在水生植物会改变水流阻力,在大多数情况下会导致水位抬高,降低河道的泄洪能力。然而,水生植物的存在对河道治理、边滩保护、水质净化等起积极作用。为了探索河道中水生植物对水流阻力的影响,在实验室水槽中进行了不同密度的流淹没刚性植物水流试验,观测了沿程的水位变化,计算了水面坡降,基于试验资料分析了雷诺数、植物密度对糙率系数的影响,并建立拖曳力同植物水流特征粗糙度对数关系表达式,丰富了植物条件下明渠流动的试验观测资料数据库。     

分汊型河道潜洲阻力特性的试验研究

利用含潜洲结构的分汊河道模型,对潜洲阻力特性进行了试验研究.结果表明:①对于断面形状固定的河道,其糙率系数并不为常数,而是随均匀流水深、流量、断面平均流速以及雷诺数等水力要素的变化而变化;②对于不同床面布置的河道,其糙率系数也不为常数,而是随床面布置的变化而改变.     

植草型生态护岸水力特性试验研究

为研究不同水流条件下植草型生态护岸上的植被表面曼宁糙率系数和Darcy-Weisbach阻力系数的变化规律,在室内大流速水槽内模拟河道径流对草皮护坡进行了冲刷模型试验。试验结果显示:(1)试验所选用的狗芽根(Cynodon dactylon)及高羊茅(Festuca arundinacea)的曼宁糙率值在0.025～0.090范围内;(2)植被表面曼宁糙率系数随流速的增大而减小,当流速超过4 m/s时,糙率值稳定在0.025～0.035之间,在某一稳定流量下,植被表面曼宁糙率值首先随冲刷历时的增加而递减,而后逐渐趋于稳定,并在护坡破坏时发生突增;(3)Darcy-Weisbach阻力系数不仅与植被的种类及生长状况有关,而且和植被的平均瞬时弯曲高度与水力半径的比值有关,随着水流流速及历时的增加阻力系数也随之减小。     

台山核电厂引水隧洞进出水口阻力特性试验研究

结合台山核电厂输水系统工程,通过物理模型试验研究了引水隧洞不同粗糙度对进、出口段局部水头损失的影响规律。模型采用重力相似设计,比尺1∶18.9。在试验过程中,通过不断加大流量来改变模型水流雷诺数,依次得到不同糙率下的局部阻力系数随雷诺数变化曲线。局部阻力系数随雷诺数的增加而减小,其减小率随雷诺数的增加而下降,当雷诺数大于某临界值时,局部阻力系数逐渐趋于常数,说明水流进入阻力平方区,由此得到稳定后的局部阻力系数值。结果表明:不同粗糙度情况下,隧洞进、出口的局部阻力系数值变化明显,边壁粗糙度较大时,水流边界层受边壁绝对粗糙度影响,水流脉动跳跃离开边壁形成较大的涡流运动,水流能量耗散加强,对水流的阻力随之增大;局部阻力系数不仅与形状有关,还与隧洞的粗糙度有关,粗糙度越大,局部阻力系数越大,对于该项目,粗糙管比光滑管进口段局部阻力系数加大约45%,出口段局部阻力系数加大约56%。研究成果为实际工程输水系统设计提供了依据。     

明渠水流阻力研究现状分析

只有正确深入地把握水流阻力规律,才能掌握解决水力学及河流动力学中各种实际问题的主动性。本文通过系统评述和研究分析前人成果,对相关问题有所澄清。历史上曾经影响较大且不需要调整参数的杜博公式、艾特魏因公式、曼宁第二公式,可反映曼宁公式所代表的平均情况,但难以像曼宁公式那样能够适应自然界复杂多变的摩阻特性。至于巴辛公式,若将其河道粗糙特征的系数与曼宁糙率系数建立关系,同样能够适用于水流阻力计算。对于动床阻力问题,众多学者已认识到水流强度、河床形态的变化及流体中含沙浓度的重要影响,也通过不同角度建立了一些经验或半经验公式。为能找出实用性强或精度高的计算公式,还必须注重分析水流、河床与泥沙运动之间相互影响的内在机理,尤其需要在各种因子的影响机理及计算途径上开展深入研究。     

矩形渠道人工加糙壁面阻力规律试验研究

为研究矩形渠道水流的阻力规律,采用了3种不同粗糙度的人工加糙渠道进行试验。研究结果表明在均匀流条件下,对同一粗糙度明渠,水力条件变化时糙率系数不是恒定不变的,它会随着流量的加大而呈对数减小,随着渠道宽深比的增大而呈对数增大,同时随着雷诺数Re和弗汝德数Fr的增加而呈幂函数减小。同时表明,不同的壁面粗糙度对糙率系数影响很大,进而影响水流的水力特性。即流量相同条件下,当壁面粗糙度增大时,断面水深增大,平均流速减小,雷诺数和弗汝德数均减小。并根据试验资料拟合出了糙率系数和等效粗糙度之间的关系式。     

含柔性植物明渠水流阻力特性试验研究

利用水槽试验研究了无草、淹没型、非淹没型柔性植物水流阻力特性的变化规律,分析了含植物明渠沿程水面比降和阻力系数的变化特性。得到各植物阻力系数变化与尼库拉兹曲线基本相似,紊流范围内同样可划分为紊流光滑区、紊流过渡区、紊流粗糙区;探讨了各植物明渠等效河床的问题,据此确定了各植物的粗糙度,对植物粗糙度、水流雷诺数和阻力系数之间的关系进行了分析,并通过对各植物水流阻力系数的分区回归计算,得到各植物水流阻力的分区经验表达式,该方法能较好地应用于含植物明渠水流阻力系数的推求。     

不同边壁条件下矩形明渠水力特性实验研究

为了研究明渠水流水力特性变化规律,在室内实验的基础上,采用矩形明渠变坡水槽,通过改变边壁条件、坡度和流量进行实验,得到了较好的实验数据。实验结果表明:边壁条件和坡度相同的情况下,随着流量的增加,水深呈线性增加,平均流速和雷诺数呈现幂函数增大;当Fr1时,弗劳德数随着流量的增加而增加;当1Fr1.526时,弗劳德数随着流量的增加先增加而后减小;当Fr1.526时,弗劳德数随着流量的增加而减小;曼宁糙率系数随着流量的增加呈对数减小趋势。边壁条件和流量相同的情况下,随着坡度的增大,水深呈减小趋势,平均流速、雷诺数、弗劳德数和曼宁糙率系数均呈现增加的趋势。并由实验数据得出了雷诺数与坡度和流量关系的经验公式。     

沉水植物对河道曼宁系数影响的实验研究

该文在实验室水槽中利用三维声学多普勒流速仪(ADV)和波高仪测定水流流速和波浪高度,以此数据研究了河道水生沉水植物对曼宁系数的影响。实验利用人造植物模拟自然植物,研究结果表明沉水植物对水流结构、阻力特性存在显著影响。在分析曼宁系数的变化规律之后提出了新的半经验方程,用以预测不同植物密度、不同波流条件下曼宁系数的变化。曼宁系数主要和植物密度和水流流速有关,同时受波浪的影响。新的方程对曼宁系数的拟合效果良好。     

悬挂式止水帷幕圆形基坑承压含水层地下水非稳定流计算

针对悬挂式止水帷幕基坑中复杂的地下水流动,建立了考虑止水帷幕的圆形基坑承压含水层地下水非稳定流动计算模型。通过对地下水流动计算模型的Laplace变换和有限Fourier余弦变换,推导了Laplace空间的水头降深解,采用Stehfest数值逆变换提出了悬挂式止水帷幕圆形基坑承压含水层地下水非稳定流水头降深半解析解。在验证计算方法正确性和数值逆变换计算准确性的基础上,利用工程实例验证了计算方法的工程适用性。分析了悬挂式止水帷幕插入深度对圆形基坑地下水流动的影响规律,阐明了止水帷幕对基坑内外地下水控制的积极作用,为合理开展悬挂式止水帷幕圆形基坑承压含水层的减压降水设计提供了计算方法。     

不同断面形态河槽阻力特性试验

阻力相似是河工模型关键问题之一。本文通过水槽试验分别对偏V形断面和矩形断面明渠加糙后的阻力特性进行对比研究。研究结果表明:在阻力平方区,偏V形水槽加糙后随雷诺数增加阻力变化很小,对于矩形水槽加糙后随着雷诺数增加阻力有略微减小的趋势;当雷诺数为10000时,矩形断面加糙后其阻力明显大于偏V形断面加糙后的阻力,随着雷诺数增大两者阻力趋于相同值。