矩形水槽中梯形边墩水流紊动特性试验研究

采用声学多普勒流速仪ADV,对矩形水槽中梯形边墩周围水流紊动特性进行系统的试验研究,并对紊动强度3个方向分量进行了较深入的分析。根据试验数据,通过对柱体周围不同垂直面上紊动强度的分析对比,得出行进水流受到边墩的影响程度,在柱体上游,受到柱体挤压,紊动强烈;在柱体下游,水流从柱体分离,形成逆向回流,紊动强度增大,垂向紊动强度很小,可以忽略。实验可为研究水流紊动结构及桥梁梯形边墩的紊动特性提供验证资料。     

植物坝覆盖区明渠二维两相流场紊动特性研究

漂浮植被占用了行洪断面面积,增大了河流的阻力,遇到障物后,造成河道严重堵塞。通过室内物理模型试验和数值模拟的方法,研究、分析大面积覆盖水面的漂浮植被对河道泄洪能力、河道水体结构、水流特性的影响。根据紊动强度和雷诺应力沿程变化,从波动幅度上看,植物覆盖区波动幅度较大;对根茎区,无植物覆盖但受影响区紊动强度不大,但较无植物覆盖时的明渠水流有明显增大,植物坝覆盖区及植物坝前缘区变化显著,尤其是植物坝前缘区的紊动强度波动很剧烈。     

矩形槽中矩形边墩周围流速分布试验研究

利用声学多普勒流速仪,对矩形断面明渠中矩形边墩周围三维流速进行测量,并对时均流速3个方向分量进行了研究.通过对边墩周围不同垂直及水平面流速的分析表明:受柱体的影响,柱体上游行进水流与壁面产生分离,并有涡旋产生;柱体下游纵向水流逆向运动,产生回流,横向流速和垂向流速非常小,可以忽略不计.     

潮流紊动特性试验研究

开展潮流的紊动特性研究,对于了解潮汐水域泥沙及污染物输运机理、保护生态环境具有重要意义。本文通过水槽试验系统全面地研究了潮位正弦变化的往复流紊动特性随潮变化规律,以100 Hz的高采样频率连续采集主流区测点三维瞬时流速,根据移动平均法及最小二乘原理计算时均流速过程曲线,据此分析了紊动强度及雷诺切应力随潮变化规律、特征潮时概率密度分布与正态分布的差异,以及脉动流速的紊动能谱。研究结果表明,水流纵向流速随潮近似于正弦规律变化;纵向、横向与垂向的相对紊动强度在转潮阶段出现峰值;涨急与落急时段,与纵向脉动流速相关的雷诺切应力相对较大,纵向与垂向脉动流速概率密度分布偏离正态分布;特征潮时的脉动能谱密度均随频率增大而减小,水流能量主要集中在10 Hz以内。     

天然河流中大尺度紊动结构的观测分析与雷诺应力计算

本文在作者以往关于天然河流中大尺度紊动理论研究的基础上，进一步采用多普勒三向流速仪，在长江干流某水文测流断面开展了大尺度脉动流速观测试验，根据大量的观测试验资料，分析了天然河流大尺度紊动结构和内在规律，并详细计算了雷诺应力。     

泥沙河道管线冲刷的紊动强度及雷诺应力特性实验探究

本研究借助实验室比尺模拟实验的方式,对河道管线冲刷的紊动强度及雷诺应力特性进行实验研究,探究泥沙河道管线未冲刷、起冲刷和冲刷裸露至稳定工况下的管线紊动强度及雷诺应力演变规律,为泥沙河道管线的设计施工提供实验数据参考。实验揭示,各工况条件下,中层液面以上1.5倍管线直径的管线后方区域的雷诺应力与紊动强度数值较大,此范围内管线应加以保护,管线埋设应尽可能靠近沙泥底层。     

密排粗糙床面明渠水流的紊动特性

为揭示密排粗糙床面对明渠水流紊动参数的定量影响规律,采用不同直径的圆形玻璃珠制作了3种密排加糙床面,基于光滑床面和加糙床面明渠紊流PIV流场测试资料,探讨了加糙后紊动强度、雷诺应力和紊动能等参数的变化特征。结果表明:床面粗糙对紊动参数的影响主要体现在内区,而外区紊动参数的变化相对较小。加糙后纵向和垂向紊动强度相对值u’⁺、v’⁺在内区呈现不同的变化规律,流量相同时,粗糙雷诺数Re_*越大,v’⁺越大,而u’⁺越小;床面粗糙对内区水流有抑制纵向紊动和加强垂向紊动的双重作用,而对外区水流有加强纵、垂双向紊动的作用;床面加糙对垂向紊动强度的影响总体大于纵向。加糙后内、外区的雷诺应力绝对值均增大,内区增幅尤为明显,雷诺应力增大的原因在于水流质点混掺强度和频次均增大。不同工况紊动能相对值E⁺在内区差异明显,随着相对水深η的增大,E⁺差异逐渐减小,在水面附近趋于一致;加糙后内区紊动能绝对值总体减小,而外区紊动能绝对值有所增大,内、外区紊动能变化与床...     

开孔促淤板周围水流紊动特性试验研究

为深入了解开孔促淤板周围的水流特性,通过室内概化水槽试验分析了开孔促淤板前后的水流紊动特性,采用声学多普勒流速仪(ADV)测量了开孔促淤板前后典型断面上的三维瞬时流速,分析了典型断面上的时均流速、紊动强度、雷诺切应力和紊动能的分布规律。试验结果表明:板后近板区出现回流区,且回流区与开孔促淤板格栅位置相对应;板后水流相对紊动强度、雷诺切应力及相对紊动能明显大于板前,开孔促淤板对板后近板区水流影响较大;随着与开孔促淤板距离的增大,回流现象消失,流速变化趋于稳定,水流相对紊动强度减小且最终趋于稳定,相对紊动能出现折减且折减率逐渐降低;靠近近板区xOy面雷诺切应力大于yOz面雷诺切应力,靠近下游xOy面雷诺切应力与yOz面雷诺切应力相差较小。     

水跃强紊动区中动水压力和雷诺应力的计算方法

水跃区是含有回流的复杂紊流区,限于目前的测试手段,要直接测得水跃强紊动区中动水压力和剪切力沿断面的分布情况是比较困难的。本文由N—S方程入手,从理论上导出了动水压力和剪切力的计算公式,并指出了求解     

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。     

含柔性沉水植物明渠水流运动特性试验研究

采用激光多普勒流速仪(LDV)试验研究含柔性沉水植物的水流运动。试验结果表明:流速沿垂线分布呈S形,分为3个区域,即植物内部区、过渡区和上部区。植物密度对过渡区内流速影响显著,在该区内,植物密度越大则流速梯度越大。含植物水流的紊动强度和雷诺应力都明显增大,它们在垂线分布上有相似之处,都是在植物顶层的位置上达到最大值,说明在此区域内存在较强的能量交换和剪切作用;二者在植物顶层上部区域随着水深的增加而减小,在植物内部区随着水深的增加而增大。     

矩形水槽中梯形边墩周围流速分布的试验研究

该文利用声学多普勒流速仪ADV,对矩形水槽中梯形边墩周围三维流速进行测量,并对时均流速三个方向分量进行了研究.通过对柱体周围不同垂直面和水平面流速的分析,得出水流由于受到边墩的影响,在柱体上游,行近水流与壁面产生分离,并有涡旋产生.在柱体下游,纵向水流逆向运动,产生回流,横向流速和垂向流速非常小,可以忽略.     

人工加糙对明渠紊动特性影响的试验研究

利用激光测速仪,对光滑壁面及人工加糙的明渠紊流进行了试验,测量了光滑壁面、水力过渡面、水力粗糙面不同水深情况下明渠紊流的纵向时均流速及脉动流速。通过实测资料分析了人工加糙对明渠紊流紊动强度的影响,得到了光滑面、过渡面及粗糙面紊动强度的发展变化规律。     

非球形风沙粒子的低雷诺数绕流阻力特性研究

采用有限体积法计算了均匀来流条件下圆柱体和正四面体颗粒的低雷诺数三维绕流流场,得到了颗粒在不刚来流方向下的速度分布、压力分布,分析了其阻力特性.结果表明,非球型颗粒的在风场中的绕流阻力大小受来流方向的影响明显,在特定方向阻力最大,这与绕流后的剪切层结构有关.通过比较发现,以往非球型颗粒阻力经验公式给出的只是单一来流方向时的阻力值,而非平均值.根据计算结果给出了新的拟合非球体阻力系数计算公式,可以更准确地估算非球型风沙颗粒各来流方向的平均阻力值.     

扰动对明渠湍流结构及床面稳定性影响的实验研究

本文通过在水槽实验中采集的流速过程数据,定量地研究了沙纹阶段明渠水流在不同形式扰动作用下的湍流结构,以及湍流结构对泥沙运动和床面演化的影响。实验发现,扰动附近水流紊动大大增强,扰动促使局部泥沙在断面平均流速低于平床起动流速的情况下起动,并促使床面失稳形成沙纹。另外,不同的扰动形式、位置及尺度对泥沙运动以及床面稳定性的影响各不相同,实验中进行了深入的比较和分析。     

Numerical study of the effect of a V-shaped weir on turbulence characteristics and velocity in V-weir fishways

Fishways are used to allow fish to migrate around water infrastructure, whether movements are in the upstream or downstream direction. Hydrodynamic conditions within various fishways, including turbulence levels, are important for successful fish passage. A numerical hydrodynamic study was conducted for V-weir fishways, which assist species migrating upstream. The variables investigated included, fishway slopes of 4%, 7%, and 10%, relative spacing between weirs of 1.3, 2.6, and 4 (D/L, ratio of distance between weirs to pool width), and weir angles of 22.5°, 40°, and 60°. Turbulence characteristics, including turbulent kinetic energy (TKE), Reynolds shear stress (RSS), turbulent intensity (TI), turbulent dissipation (TD), as well as maximum water velocity, were examined by CFD (computational fluid dynamics) simulation using a re-normalized group or RNG turbulence model. The CFD was calibrated with flow measurements made in a physical model of the V-weir fishway in laboratory control experiments. Based on inferences from fish passage literature, the results showed that, in the range of parameters studied, a weir angle of 22.5^°, a slope of 10% and relative spacing between weirs of 1.3 and 2.6 were assessed as offering the best potential performance for several species and sizes of fish, while the latter has lower cost as it requires fewer weirs. The V-weir fishway may be adaptable for smaller fish.