推移质颗粒跃移运动的随机特性

推移质颗粒跃移特性具有两重性,既有确定性的一面,也有随机性的一面.作者为了研究推移质跃移机理,曾应用高速摄影技术,系统地测量了推移质颗粒的跃移过程.本文重点分析了跃移运动的随机性,利用统计分析的方法对跃移颗粒的跃长、跃高、跃移速度,起跃和落地速度等运动参数进行了分析,结果表明:跃高和跃长的概率密度服从分布,跃移速度、起跃和落地速度的概率密度服从正态分布,试验资料与运动参数的理论分布取得了较好的一致性,文中对跃移各运动参数的数值特性也进行了分析.这方面的研究对于泥沙运动机理的深入了解及工程实际有着重要的意义.     

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。     

床面推移质颗粒跃移过程的水槽试验研究

推移质泥沙颗粒的跃移是河流泥沙运动的重要形式.为了研究推移质颗粒跃移运动参数的变化规律,在水槽试验中采用高速摄像技术,观测7种工况条件下,0.3～1.7 mm粒径的推移质颗粒的跃移运动形态,提取颗粒跃移运动的时空信息,分析了泥沙颗粒跃移距离和跃移高度的变化规律.结果 表明,相对跃移高度和相对跃移距离的概率密度分布函数均...     

挟沙水流的运动机理和输沙能力

本文是作者和一些同志近年来所进行挟沙水流的水流和泥沙运动机理和输沙能力研究成果的概括。内容包括：把挟沙水流运动视为统一体的观点；悬移质流速分布、浓度分布以及悬移质输沙率计算模式的讨论；作为推移质运动主要运动形式的颗粒跃移的运动机理以及对于Ｂａｇｎｏｌｄ推移质输沙率公式的修正等     

推移质滚动的机理及统计规律

卵石推移质运动规律研究对山区河流开发利用意义重大。推移质颗粒一般是以滚动(间或滑动)、跃移等形式运动的。在低水流强度范围内,颗粒运动形式以滚动为主;即使占推移质大部分的跃移颗粒,通常也并不是在起动之后随即跃起,而往往需要先滚动一段距离。因此,有必要进行泥沙颗粒滚动机理研究。本文建立了粗颗粒泥沙滚动力学模型,将滚动步划分为接触步和自由步,经计算得到脱离角、单步运动步长、平均滚动速度等表达式;并采用爱因斯坦方法,修正了其公式中的单步步长和冲刷率,进而得到相应的推移质输沙率公式,并用实际输沙率资料进行了验证。     

明渠湍流床面附近跃移层面颗粒浓度垂线分布

本文以动理学理论的Boltzmann方程为基础，考虑明渠湍流床面附近猝发喷射和清扫运动对跃移层内运动颗粒的不同作用，分析了明渠中泥沙颗粒浓度垂线分布问题，得到了适用于包括跃移层、悬移层在内的统一浓度垂线分布公式。文中着重研究了跃移层内运动颗粒的浓度垂线分布，并将本文结果与实测跃移层内浓度垂线分布及实测跃移层顶部浓度进行了对比，结果表明理论与实验两者符合较好。     

泥沙颗粒床面暴露度的理论分析及应用

床面泥沙暴露度是影响床面泥沙起动和输移的重要因素之一,目前在理论层面如何合理描述其影响尚未形成清晰的认识.本文在已有研究的基础上,针对非均匀沙,提出了新的暴露度计算公式,建立了床面泥沙暴露度与泥沙粒径之间的函数关系.基于该公式,推导得到了包涵暴露度影响的单颗粒滚动和跃移运动参数的理论表达式,通过与跃移距离和跃移高度的实...     

泥石流运动的层移质模型及其试验研究

认为泥石流中固体颗粒更接近于层移运动的形式,可用泥沙层移质运动模型来描述泥石流运动.用轻质塑料沙进行试验,得到颗粒浓度沿深度的分布.按Bagnold关于颗粒碰撞产生离散力的概念,考虑Savage提出的修正,得到离散力的表达式.根据试验观察,认为近床面运动的颗粒中还存在附加阻力,提出其表达式.代入浓度分布以后得到颗粒速度的分布,与试验资料吻合,并与已有的泥石流试验资料和计算公式进行了比较和讨论.     

均匀无黏性泥沙起跃概率及输沙率公式

为了探索泥沙颗粒位置对泥沙起跃概率的影响,基于前人对泥沙起跃概率的研究,引入床面泥沙隐蔽角概念。在计入水流瞬时作用流速随机性及床面泥沙随机分布特性的基础上,考虑了泥沙上游支撑颗粒对研究颗粒作用水流的遮蔽作用,基于跃移起动模型,推导出一个新的泥沙起跃概率计算公式;将其引用到Engelund推移质输沙率模型中,得到了新的推移质输沙率公式。经与经典实验资料及其他公式对比分析可知,公式具有考虑因素全面、结构简明、计算精度高等特点,可适用于低、中、高不同强度输沙率计算。     

颗粒比重对水流挟沙力的影响

根据颗粒在水中跃移运动的理论分析及水槽试验资料,推移质颗粒的跃移高度,步长及速度与颗粒比重均非定比关系.随着水流强度的增加及颗粒比重的减小,颗粒比重变化对推移质运动参数及推移质和全沙挟沙力的影响愈来愈小.这一问题的认识对利用轻质砂进行动床模型试验时的相似律问题以及输送不同比重矿物的管道两相流输沙率等问题都有重要的影响.     

风沙流中沙粒粒度的垂直和水平分布特征

鉴于现有对风沙流中沙粒粒度分布特征的研究很少,本文通过风洞实验,在粗沙和细沙两种床面上、五种风速条件下,采集中垂线垂向集沙及其后水平方向集沙的沙样,并对沙样进行沙粒粒度分析实验。实验结果发现,沙粒粒度频率曲线形态为单峰偏态分布,并与其对应的床面沙粒组成有关。沙粒粒度的平均粒径在垂直方向和水平方向上,均呈指数递减;气流风速越大,平均粒径越大;当风速增加到一定程度时,气流对沙粒平均粒径变化的影响逐渐减小;沙粒在垂直方向上的平均粒径,均大于其对应的床面沙粒平均粒径。沙粒粒度的标准偏差,随着平均粒径的增大而增加。沙粒粒度的偏度系数和平均粒径的相关关系,与其对应的床面沙粒组成有关。由实验结果讨论得出,在非均匀风沙流的沙粒起动中,细颗粒沙粒的平均起跳速度大于粗沙粒,而粗颗粒泥沙的起跳率大于细沙粒。     

模拟风沙运动的离散颗粒动力学模型

根据风沙运动的特点，建立了基于单沙粒动力学的离散颗粒动力学模型。依据该模型，模拟了9000个沙粒在风力作用下由静止不动到充分发展的稳定态的全过程，细致研究了沙床处于稳定态时床而形态，跃移轨迹以及跃移质／蠕移质间交换规律，所得结果有助于理解风沙运动的内部机理，这是目前常用的模型所做不到的。研究表明：离散颗粒动力学模型能够真实的模拟风沙运动现象，研究范围涉及风沙运动规律和床面形态的发生与发展等关键的问题，因而比其它模型更具优势。     

跃移泥沙颗粒起跳时间的特性分析

跃移是推移质泥沙颗粒运动的主要形式之一,跃移颗粒的运动特性是影响推移质输沙率的重要参数,但目前对跃移泥沙颗粒的起跳时间研究相对较少.本文利用高速摄影技术,对不同粒径泥沙起跳过程进行了系列的试验研究,后期采用RGB颜色映射函数获得灰度图,通过逐帧批处理获取颗粒的运动轨迹,直接得到了泥沙颗粒的起跳时间大小.试验结果表明,在...     

长江源曲麻莱段河床沉积物分布特征

基于长江源通天河曲麻莱河段河床沉积物测量和分析,通过各参数的统计及对比,探讨沉积物粒度的基本特性及时空分布规律。结果表明:取样河段沉积物以沙砾石为主,由跃移质和悬移质成分组成,无滚动沉积,粒度参数和频率分布曲线特征显示长江源曲麻莱段河床沉积物分选较差,自然分布频率曲线多为双峰,是较典型的河流动力沉积物。而阶地沉积物则为多峰,分选差,应为河流与冰川共同作用的结果;同一断面河槽附近沉积物粒径较粗,与水流动力分布一致;洲滩沉积物粒径的垂向分布呈现粗细交替的基本规律,可反映不同历史时期河道水文节律以及青藏高原气候的定性变化。沉积物粒度的垂向分布可以为河流历史形态复原和水力反演提供基本数据。     

泥沙起动条件分析及推移质输沙率公式

基于床面均匀泥沙颗粒相对位置关系,确定了瞬时作用流速及有效作用高度,建立了平坡泥沙起动条件与床面泥沙暴露度的关系.从理论上分析得到,泥沙跃移起动要求水流条件最高,滚动起动及滑动起动取决于泥沙颗粒的暴露角,且暴露角 θ 不随拖曳力系数CD和上举力系数CL的变化而变化.当暴露角 θ 小于42.8°时,泥沙更易于滚动起动;当...     

挑流水舌的水滴随机喷溅数学模型

以初始抛射速度、出射角、偏移角和水滴直径等四个物理量为随机变量，建立了水滴随机碰溅的数学模型，并应用龙格库塔(RungeKutta)法和蒙特卡罗(MonteCarlo)法，求得挑流泄洪雾化的地面降雨强度。最后给出了一个工程实例，其雨强的计算值与原观值变化趋势基本一致。     

CALCULATION MODELS FOR THE SUSPENDED SEDIMENT TRANSPORT RATE

The calculation accuracy of the suspended sediment transport rate relies on that ofthe vertical distribution of the particle concentration,the particle velocity distribution and thereference concentration.In view of the limitations of the previons formulas for both the velocityand the concentration distributions,general expressions are introduced to the calculation of sus-pended sediment transport rate.Based on these analyses,a simple and practical calculation modelis given in the present paper.     

水力提升管道大颗粒运动特性的高速摄影分析

为提高管道水力输送安全性,本文利用高速摄影技术对水力提升系统中大颗粒的运动规律进行了试验研究,观察了颗粒及颗粒群体的运动状态.通过数字图像处理技术,得到了单颗粒的运动轨迹和颗粒群分布规律,同时获得了颗粒轴向速度、径向速度等各种运动参散,并分析了颗粒粒径对其轴向速度的影响.研究发现单颗粒基本上属于螺旋式上升的状态;颗粒群主要集中于管道的中心;颗粒的轴向速度在沿管径的分布类似于抛物线分布,大小基本上与颗粒的粒径成反比;径向速度沿管径基本符合正态分布.     

偏转角度和颗粒级配对碎屑流前缘运动的影响

为了研究碎屑流的运动物性,通过室内模型试验研究了不同偏转角度和颗粒级配对碎屑流运动参数的影响。研究结果表明:在偏转作用下,相同颗粒级配的碎屑流前缘速度的减小比例和能量的消耗随偏转角度的增大而增大;持速阶段的平均速度、运动距离及减速阶段的初始速度、运动距离均随偏转角度的增大呈抛物线变化特征;偏转角θ为20°时各运动参数指标最大;相同偏转角度下,岩土体的中值粒径越小,碎屑流的前缘物质受到的阻止效应越明显,持速阶段的平均速度、运动距离越小;减速阶段的运动距离与初始速度和底部摩擦效应有关。最后,提出了偏转作用下碎屑流的能量线模型。