用分形几何理论研究圆管糙率及其实用意义

在已有紊流阻力定律与试验研究基础上,分析了当量糙率KS在计算紊流沿程阻力损失中的重要作用,以及我国水利工程沿程阻力损失计算和工程应用现状。以圆管内壁糙率为例,用分形几何理论研究了圆管糙率的分形特征,给出了圆管糙率分数维的数学模型和算例。论证了圆管糙率分数维和当量糙率KS的关系,分别讨论了管道纵、横向糙率分数维的计算方法,提供了将前人所建立的紊流阻力定律与试验结果直接用于工程实际的途径。     

静水中单个气泡的动力学特性数值模拟

为研究水中气泡上升的动力学特性,采用数值模拟方法,以静止水中的单气泡为研究对象,应用 CFD 分析软件,建立了气泡在浮力和重力作用下的仿真模型。模拟区域考虑了静水压力梯度场,采用无滑移技术处理流场边界及全结构网格技术处理气泡,对直径为 2.6 mm 和 4 mm 的气泡进行了数值模拟。分析了气泡在水中的运动机理,并将数值计算与实验数据进行了对比。结果表明：气泡在水中的上升路径与上升速度与试验结果吻合良好,此方法为利用数值手段研究水中气泡的运动特性提供了一个有效的解决途径。     

任意带角断面通道紊流摩擦阻力的理论解

对带角断面通道紊流,用水力直径作为当量直径来计算壁平均摩擦系数将带来偏差。偏差多大,目前学术界只对一些具体断面做过试验,无通用公式。本文将带角断面的角区看做是无角断面的附加,分析并计算角区层流区的大小,定量的确定水力直径做为当量直径的偏差大小,从而导出了任意带角断面通道紊流摩擦系数的计算公式。该公式为通用公式,适用于断面带任意多个角,角度任意大小,即适用于任意带角断面,且形式简单,计算结果附合物理机理和试验结论。     

高位集水冷却塔集水装置阻力特性数值模拟研究

高位集水冷却塔是在常规冷却塔的填料下方增设了一层集水装置,研究集水装置的阻力特性对于计算冷却塔通风量具有重要意义。本文采用FLUENT流体计算软件,研究了集水装置气流特性。通过数值模拟计算,得出了集水装置的阻力系数值以及不同填料阻力和集水装置深度对阻力系数的影响均不大;数值计算模型计算结果与已知的试验结果对比表明,两者吻合良好,计算成果可供高位集水冷却塔的研究和设计参考。     

锰结核在垂直管路输送过程中的压力损失

以深海底矿物固液两相流管道提升工艺为应用背景 ,通过试验考察了直径为 15mm的锰结核在垂直管流中的压力梯度变化规律。对非均质流长距离提升过程中压力梯度的组成部分及其计算方法进行了深入分析 ,得到的计算结果与试验结果非常吻合。     

考虑升沉和纵倾的方尾船非线性兴波阻力计算

为了更准确地预报方尾船阻力并提高船型优化设计的效率,开发了考虑升沉和纵倾影响的方尾船型非线性兴波阻力计算程序。采用Wyatt公式进行非线性迭代,选用Raven优化得到的四点迎风差分格式及配置点前移方法来满足辐射条件。采用面元上置的方法来消除奇异性,同时提高数值稳定性。以DTMB5415方尾船为数值模型,采用本文方法对考虑升沉和纵倾、不考虑升沉和纵倾两种状态的非线性兴波问题进行求解,与试验结果对比表明,本文方法计算得到的阻力、升沉和纵倾与试验结果吻合较好,同时,当傅汝德数大于0.3时,升沉及纵倾对阻力计算结果影响明显,数值计算时应予以考虑。     

海上风电基础大直径钢管桩轴向承载性能现场试验研究

福建莆田平海湾海域工程地质情况复杂,缺乏可以利用的试桩资料。通过对2组直径1900mm试桩分别进行轴向抗压和抗拔静载荷试验,包括打入式钢管桩和钢管嵌岩桩两种类型,对桩身轴力及桩顶位移进行测试,得到桩周各土层及嵌岩段的抗压侧摩阻力和桩端阻力、抗拔侧摩阻力,并与规范及勘察结果进行对比分析。研究表明:两组桩轴向抗压承载力分别不小于30000kN和24000kN,抗拔承载力推荐值为15400kN和13200kN;两根桩得到的侧摩阻力存在差异,建议在后期进行工程桩设计优化时,摩擦桩侧摩阻力值参考ZK1试桩结果,嵌岩桩参考ZK2试桩结果。     

水下近水面爆炸兴波

本文基于对水下爆炸兴波物理过程的分析,建立了气泡出水问题的简化力学模型。利用不均匀网格的MAC方法对小当量情况进行了数值试验。计算结果与实测结果在水柱大小和兴波高度上的一致表明本文所提出的模型和计算方法是合理、可行的。     

直径变化对三圆柱绕流的影响

数值研究了直径变化对三圆柱绕流的影响.在上游布置一个直径在d/D=0.15～2.0范围变化的圆柱,再以并列形式布置两个直径为D的圆柱.用有限元法对不等直径三圆柱的二维绕流进行数值模拟,分别求出在不同直径比下的流场分布和各个圆柱的升、阻力系数以及Strouhal数.结果发现:在直径比的变化过程中,流场可分为五类;升、阻力系数和Strouhal数的变化都有一定规律.     

输水管道含沙水锤模型及特性研究

水锤现象的准确描述对于长距离供水工程安全稳定运行有着至关重要的影响,但传统的水锤模型缺乏对于输水管道含沙水锤的深入探讨与分析。本文基于费祥俊阻力模型定义了管路当量摩阻,借鉴韩文亮浆体水锤波速公式推导了非均质流含沙水锤特征线方程,采用特征线法计算得到了不同泥沙颗粒参数下RPV系统的关阀水锤压力,并与清水水锤计算压力对比。结果表明：清水水锤数值计算瞬态压力与实验数据较为吻合;含沙水锤压力增量与含沙量呈正相关而与颗粒直径无关,含沙量100 kg/m³时最大水锤压力为77.91 m,较清水计算结果高出7.71%;由当量摩阻换算得到的管路糙率与含沙量和颗粒直径呈正相关,与初始流速呈负相关。相关研究成果为高含沙流域长距离供水工程安全运行与水锤防护提供了参考。     

冷却塔雨区的热力特性

本文首先通过不同淋水高度、淋水密度、过塔风速等的逆流及横流试验塔的热水试验，求出相应条件下的淋水水滴当量直径，再在工业塔的条件下，利用水滴散热公式，计算出雨区散热效果，化为无因次数－冷却数，作出图及计算公式。利用所给图或公式，即可计算冷却塔雨区的温降。     

上栗县“2014.5.25特大暴雨”与 “2008.5.28特大暴雨”影响对比分析

上栗县2008~2014年相隔6年发生两次历史罕见的特大暴雨,2014年特大暴雨比2008年特大暴雨小58.4mm,而栗水河洪峰水位反而高0.23m,受灾群众之多和受灾程度之重也远超出上次。本文通过实地沿河调查、测量洪痕、降雨洪水分析计算对两次特大暴雨进行影响对比分析。     

东港溪流域淹没潜势分析与应用

本文利用FLO-2D模型对台湾省东港溪流域2005年0612暴雨及2006年碧利斯台风两场降雨事件进行了淹没模拟,为保证模型参数的可靠性,将模拟结果与实际淹没调查情形进行了比较率定。依据该模型的率定结果分析了24h降雨量分别为150mm、300mm、450mm及600mm四种情况的淹没情形。结果显示降雨量为150mm及300mm时,淹没主要发生在东港溪主流沿岸区域,其他区域淹没情况并不显著;而降雨量为450mm及600mm时,淹没区域除东港溪主流沿岸外,部分低洼区域亦有较明显的淹没趋势。     

单雨滴降落速度变化数值模拟

为了有效分析雨滴终速对土壤的溅蚀作用,利用Ansys/Fluent软件和VOF模型对雨滴进行自由跟踪,结合雨滴和薄层水混合模拟分析了雨滴降落过程中的速度变化和雨滴降落到水面的速度、雨滴直径和降落高度的关系,根据相关文献资料验证了模拟结果。结果表明:雨滴以相同直径下落时,随高度的增大,雨滴入水直径总体呈变小趋势,降落高度为15~20 m时,雨滴直径减小到原来的40%;在相同高度的条件下,随着雨滴直径的增大,雨滴入水直径呈增大趋势,当雨滴初始直径由3 mm增大至4 mm时,则入水雨滴直径增大20%;雨滴直径在2~4 mm范围内,当水层厚度达到2.5cm时,雨滴的打击力消失。     

泥沙筛析与沉降粒径关系及其应用的研究

为准确测定泥沙的沉降粒径并确定筛析粒径与Ｄ沉的关系，试验中采用天然沙的筛析分组沙作为试样，逐颗测定沉积，得出Ｄ沉以及Ｄ筛与Ｄ沉的关系。经分析论证并与国际上的试验塑料比较后认为，试验所得Ｄ筛与Ｄ沉关系合理可靠。     

Air flow inside a vertical pipe induced by a free-falling water jet

The air flow induced by a water jet freely falling inside a vertical pipe with its top and bottom both open to the atmosphere was investigated experimentally and numerically. In the experiments, the radial air velocity distribution and the air pressure variation along the vertical pipe were measured. The air drag of the falling water jet was related to the jet surface disturbance and analyzed by introducing the equivalent friction factor. A predictive model was developed for the air flow inside a 3-m-high pipe based on the momentum equation and its results compared well with the experimental measurements. Numerical simulations were also conducted by approximating the free-falling water jet as a continuous moving solid with diameter and velocity varying in the direction of motion. The effects of pipe size on the air velocity profile and the induced air flow rate were examined. The simulation results showed that the streamwise air velocity profiles inside pipes of different sizes approached the same after a certain traveling distance. The maximum induced air flow rate was found at the pipe diameter of about 20 times of initial water jet diameter.     

城区雨水管网径流污染特征研究

以新乡市城区屋面作为汇水区域,开展试验对雨水管网中场次降雨径流水文水质过程进行研究,可为有效利用城市雨水、控制非点源污染等提供依据。水质指标包括SS、COD和TN。结果表明:水质指标中SS、COD变化趋势基本一致,随着降雨过程的持续浓度逐渐降低并趋于一个稳定值;TN随着雨量的累积浓度逐渐降低,但在降雨结束前有反弹趋势;指标标准差率呈SS>COD>TN的趋势;径流初期屋面冲刷效应明显,初期径流量可定义为前1³mm的降雨量;径流中SS与COD、TN之间的相关性较好,在控制径流污染时可采取措施同时去除;径流污染物直接通过城区排水管网汇入受纳水体后对其水质影响较大,尤以SS、COD的变化最为明显。     

First flush effects in an urban catchment area in aalborg

The paper describes the results of measurements from a 2 year period on a 95 hectare urban catchment in Aalborg, Denmark. The results of the rain/discharge measurements include 160 storm events corresponding to an accumulated rain depth of totally 753 mm. The water quality measurements include 15 events with time series of concentration of SS, COD, BOD, total nitrogen and total phosphorus. The quality parameters showed significant first flush effects. The paper discusses whether either the event average concentration or the accumulated event mass is the most appropriate way to characterize the quality of the outflow.     

基于雨型种群的山洪灾害临界雨量阈值空间研究

针对山洪灾害临界雨量单一值预警预报精度偏低问题,将雨型不确定性纳入考虑范围之内,依据基因变异原理,提出了种群雨型生成方法,并将HEC-HMS模型引入到临界雨量计算模型,计算了新县流域6 h临界雨量阈值空间,绘制了R-G-H临界雨量预警图,从概念-物理机制-分析判断-发布预警对山洪预警工作进行了系统梳理。结果表明:研究区G_(P,6)雨型种群对应临界雨量阈值空间为84～161 mm,最大变幅为91.7%;随着主变异基因位置g_r的后移,临界雨量呈现出逐渐减小趋势;G_5雨型集不易控制,致灾情景多变,临界雨量最大变幅为24.5%;在P_a=0.2W_m、P_a=0.5W_m、P_a=0.8W_m时,研究区6 h临界雨量阈值空间分别为100～161 mm、96～145 mm、84～121 mm。通过对成灾情景的识别,选择合理阈值发布预警信息,可有效提高山洪灾害预警精度。