有无植物条件下明渠水流紊动特性对比

在可变坡水槽中,模拟了带枝杈植物对明渠水流的干扰作用,借助超声多普勒流速仪(ADV)测量了不同水深下垂线不同测点的瞬时流速,计算了各测点的三维时均流速、脉动强度及雷诺应力等紊动参数,通过与无植物干扰的明渠均匀流紊动特性进行对比,分析植物对水流紊动参数的影响规律。试验结果表明:在有植物明渠水流中,时均流速呈三区分布特征;脉动强度及雷诺应力均在植物顶部附近出现最大值;脉动强度明显增大,在3个方向上趋于接近;可以用植物顶部以上的雷诺应力分布推求摩阻流速。     

明渠水流含沙量沿垂线分布研究

本文在分析天然河道高含沙水流实测含沙量分布的基础上，得到泥沙紊动扩散系数εs沿垂线分布的规律是：河底为零；河底至相对水深Y／H＝0.2范围内εs随水深增加而变大；Y／H＝0.2至水面区间基本是一常数，这与Anderson整理分析一般低含沙水流资料得到的结论是一致的，然后用分析所得的紊动扩散系数εs的表达式代入泥沙扩散方程求解析解，导出二维均匀明渠水流在平衡情况下悬移质含沙量沿垂线分布公式，该公式克服了经典的Rouse公式的两个缺陷，且与天然河道实测资料吻合较好。     

含植物明渠水流运动特性试验研究

水生植物广泛存在于天然河流的岸滩和浅水区域,对河道水流运动产生一定影响。该文利用声学多普勒测速仪(ADV)开展了不同类型植物对明渠水流运动特性影响的实验研究。结果表明:在淹没植物上方及挺水植物杆两区域内,植物对水流运动影响较小,其流速分布满足典型对数分布形式;水流自明渠上游过渡到植物区首部时,因水流阻力突然增大而发生剧烈紊动,当植物相对体积较大时,植物区首部的二次流运动方向较上游区发生反转,并在下游区形成明显旋涡流;在植物区大体积植物的阻隔作用使明渠动量横向波动幅度明显加大,在下游区强度较大的旋涡流明显减弱了水流动量的整体单向输运强度。     

明渠含沙水流的垂线流速分布特性研究

 为了进一步研究明渠中含沙水流的垂线流速分布规律,在水槽系统中对明渠恒定均匀含沙水流进行了系列试验,利用实测流速资料,计算分析了时均流速的垂线分布。结果表明：在宽深比比较小的明渠中对最大流速点修正的对数公式可以很好地符合实测数据;水槽中心位置的卡门常数要比其边壁附近的小;卡门常数随着含沙量的增加而减小。通过对明渠含沙水流垂线流速分布特性的研究,增强了对明渠含沙水流垂线流速分布规律的认识。     

变断面明渠柔性植物水流特性试验研究

在变断面明渠,利用ADV测量流速,研究断面突然扩大情况下模型植物和真实植物的水流特性。结果表明:在水流稳定区域,布设真实鸢尾草和塑料鸢尾草模型的流速分布、雷诺应力分布和紊动强度分布具有一定相似性;雷诺应力和紊动强度在相对水深为0.6～1.1区域达到峰值,且从峰值区域向两端递减,总体上植物下部区域的紊动强度比植物上部区域大;同种植物紊动强度沿x、z方向的分布形式存在较大差别,紊动强度存在明显各向异性。     

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。     

高聚物在明渠水流中减阻的实验研究

本文探讨了高聚物用于明渠流减阻的基本规律.研究说明,国产高聚物聚丙烯酰胺(PAM)具有显著的减阻效果,减阻百分比E随溶液浓度、渠道底坡及水力半径的增大而增大. 明渠水流减阻,可以增大泄量,从而达到减小排水构筑物尺寸,削减工程投资的目的.应用减阻技术,除了可用于增大水库泄放,城市泄洪以及污水排放的作用外,还可作为超设计标准特殊防护的一种措施.因此,本研究对发展高聚物减阻理论和推动该技术在工程技术中的应用是有积极意义的.     

含多重刚性植被明渠水流特性实验研究

水流环境中的植被会对水流结构产生影响,进而影响泥沙运移和水质等物理量。为此,在流体力学实验室水槽中开展了系列实验,用不同高度玻璃棒代替刚性植被,利用三维激光多普勒测速仪(3D-LDV)对含不同高度组合的多重植被的水流流速、水位和紊流强度等物理量进行测量。根据植被重数分单重植被、双重植被和三重植被3个工况,每个工况又根据淹没度不同分3个子工况。通过对比分析实测结果,得到了含多重植被水流运动的水力学规律。研究结果对河流、水库和湖泊管理具有一定的参考价值。     

明渠漂浮植被水流内部能量损失和传递规律研究

明渠漂浮植被会对河道过流能力造成不利影响。本文针对明渠漂浮植被均匀流,基于前人的过流断面能量平衡理论,研究明渠漂浮植被水流过水断面上的能量传递规律和能量平衡机理,推导出了断面上能量提供、能量损失和能量传递的表达式和相应能量累积的表达式,基于Plew的实测流速和切应力得到沿水深方向上的能量累积分布。结果表明在任意点和任意平面上,能量提供均等于能量损失与能量传递之和,断面上的能量损失主要集中在漂浮植被区,并且在植被区和非植被区的交界面达到最大。断面内总的能量传递为零,植被区和河床底部产生的能量提供不能弥补其能量损失,需要其他流区的能量不断地向这两个流区传递。在近壁流区,紊动动能累积值与能量传递累积值几乎相等,说明近壁流区内的绝大部分能量转化为紊动动能,非常小的一部分因抵抗近壁流区中的阻力而在该区内转化为热能损耗掉。     

明渠自掺气水流掺气浓度分布研究

本文利用明渠水流垂向脉动流速正态分布假设，从水滴自由跃移及撞击分析出发导出跃移区水团浓度分布函数。同时，利用悬移区气泡扩散理论，修正界面外的应力关系，推求出悬区气泡浓度分布函。分布函数在界面处具有一阶连续导数，并由此可以求出界面浓度Ｃｒ。经与实验资料率定，给出了各参数的经验关系，并与室内试验实测浓度分布吻合良好。     

明渠水流的输沙能力

任何造床过程皆与水流的输沙能力有关。所以善于计算水流的输沙能力乃是研究造床过程的一个必需条件。按广义而言,造床过程包括河床形成的全部情况,河床的再形成及变形、分支、蜿曲摆动、深槽段及浅滩段的形成和移动,而这些情况并不仅仅决定于水流的输沙能力。所以善于计算水流的输沙能力乃是这样一个条件,虽然它还不足以包括整个造床过程的一切特性和变态,但没有它就不能研究整个的造床过程。     

刚性植被作用下复合明渠水流特性实验研究

为了研究在漫滩上生长有刚性植被的天然河道水流特性,在单侧具有二级漫滩的实验室复合水槽中,在一级和二级漫滩上布设刚性植被,进行了水流实验。根据水深,设置了四种不同方案(方案1-方案4),每种方案下,又根据漫滩上是否布置植被及植被的布置方式,设置三种子方案。利用三维激光多普勒测速仪(3D LDV)和水位计等仪器对水流流速、水位及紊动强度等物理量进行实测,计算了不同方案下的水头损失和水力坡降等,对实测数据进行了比较分析。实验结果表明,与无植被情形相比较,漫滩上布置刚性植被时,会在一定程度上增大植被区水面坡降、水头损失、水力坡降及紊流强度;在植被数相同时,植被交错布置方式比平行布置方式对水力要素的影响较大。     

过渡状态下明渠水流紊动规律的实验研究

本文采用激光流速仪实验研究了处于过渡状态下的明渠水流的脉动规律。实验结果表明,过渡状态下的明渠水流在空间上和时间上都具有明显的随机性的脉动规律。本试验统计了不同绕流雷诺数下的层流和紊流的发生率。所有实验结果证实了窦国仁最近关于明渠中层流和紊流的总规律的理论研究。     

明渠水流流速横向分布抛物线律及其应用

依据室内试验和田间实测资料,分析了明渠水流横向流速分布特点,建立了明渠水流横向流速分布抛物线律,给出了参数的确定方法,并结合明渠垂向流速双幂律提出了明渠测流方法。实测资料验证表明:用抛物线律表达明渠水流横向流速分布具有较高的精度,在(1-2x/Bi)>0.1范围内,除个别点外,计算流速相对误差小于5%;利用抛物线律及双幂律建立的明渠测流方法,精度较高,对不同形式及断面尺寸的渠道具有较强的适应性。     

植物对明渠流速分布影响的试验研究

采用圆柱铝棒模拟刚性植物进行水槽试验,利用激光流速仪LDV对含非淹没、淹没植物明渠流场进行了测量,对模拟植物淹没度、密度对流速分布的影响进行了研究.分析表明,植物非淹没条件下的平均流速可以表示为流量、渠宽、水深和植物密度的函数;植物淹没条件下,很难用统一的函数描述平均流速沿水深的分布,植物层上部和内部与顶部处的流速偏离有随淹没度、密度的增大而增大的规律,相同宽深比条件下,含淹没植物明渠和无植物明渠相比,最大流速位置前者高于后者,植物“抬高床面”或是减小了有效宽深比的作用.     

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。     

陡坡明渠水流扩散

一、引言 明渠水流扩散问题,一般可分为两种类型:一为平底明渠急流扩散,包括急流到缓流的扩散水跃,如压力管道出口、闸孔或溢洪道等下游衔接段的高速水流扩散运动;一为坡底明渠变速流扩散,包括因明渠底坡改变,水流由缓流到急流或由急流到急流的扩散,如泄水、退水闸门或陡坡跌水等上下游衔接段的水流扩散运动。     

明渠高含沙水流含沙量沿垂线分布的试验研究＊

本文通过室内水槽试验对含有一定细颗粒(d<0.01mm)的高含沙水流的流速分布进行了试验研究.并由理论分析、求解剪切力方程及扩散方程,得到了高含沙水流的流速及含沙量分布公式.它们既适用于描述有流核的高含沙水流,也适用于描述无流核的高含沙水流及一般挟沙水流.与实测资料对照发现,公式能较好地反映水流挟沙的实际情况,另外,通过对实测资料的分析,得到了含沙量由低向高变化时其分布形态的变化规律.