明渠高含沙水流的两个重要特性研究

本文从三维恒定雷诺方程式出发导出了计算二维均匀明渠高含沙水流紊流极限切应力τＢＴ的公式．公式中包含了紊动扩散系数εｍ，并通过分析天然河道实测资料和室内水槽试验资料研究了εｍ沿垂线分布的规律，结论是明渠高含沙水流的紊动扩散系数εｍ沿垂线分布规律和低含沙水流的类似，在河底处εｍ为０；在河底至相对水深０．２范围内εｍ随水深增加而变大，在相对水深０．２至水面范围内εｍ为常数．用所得τＢＴ计算公式对部分天然河道实测资料进行验算，大多数明渠高含沙水流属紊流流态，不存在紊流极限切应力τＢＴ     

水沙两相浑水模型的紊流封闭及初步验证

一些学者采用两相浑水模型模拟挟沙水流运动,但其紊流封闭仍借用经验公式、单相紊流模型或双流体紊流模型,未形成两相浑水理论框架下的紊流模式。本文基于双流体紊流模型推导出固液两相浑水紊动能和紊动耗散的偏微分方程,给出固相偏移紊动能的渐近解,以表示固相紊动能与固液两相浑水紊动能的相对差,继而推导出固相紊动耗散的代数表达式,完成对固液两相浑水模型的紊流封闭。固液两相浑水紊流模型能够考虑相间作用和颗粒碰撞等物理机制,保留了双流体紊流模型能够分别计算固、液相各自紊动信息的特点,又将偏微分方程数量减少一半。采用河流动力学绝对含沙量分布的计算方法,并引入各向紊动强度分配系数进行修正后,利用实验资料对两相浑水紊流模型进行验证,计算结果同实测值符合较好,结果表明本文模型能反映出随着泥沙浓度增加,挟沙水流紊动抑制加剧的现象。     

双层横向振荡格栅紊流特性的实验研究

该文设计制作了一套双层横向振荡格栅水槽,实验率定了双层横向振荡格栅中心区域紊流速度与振荡格栅冲程和频率的关系,并拟合出中心区域紊流三维均方根流速和紊动强度公式。同时实验确定了不同振幅和频率作用下均匀紊流区域的范围,计算了振荡格栅中心区域紊流的紊动积分尺度,并分析了紊动能量谱分布。实验研究证明双层横向振荡格栅中心区域一定范围内可以生成平均流速接近为零,近似天然明渠紊流特征的紊流场。据此,双层横向振荡格栅水槽可以为研究盐度扩散和泥沙运动规律等提供良好可控的水动力基础。     

天然河道水流紊动特性分析

本文采用超声多普勒三向流速仪对不同流量级的条件下长江干流黄陵庙水文观测断面不同垂线的脉动流速进行了观测。根据现场观测资料，对水流的紊动周期、频率、概率密度函数等进行了定量的数学描述，并对时均流速、紊动强度、雷诺应力等沿垂线的分布规律进行了分析计算。结果表明，脉动流速的概率分布在充分发展的自由紊流区近似为正态分布，在近壁强剪切紊流区为偏态分布；各垂线紊动强度在相对水深大于0．4的范围内比较均匀，在接近河底处升高，达到最大值后迅速减小，至河底为零。     

挟沙紊流经沙下沉运动研究

本工作初步建立了挟沙紊流的连续介质力学模型，首次导得了紊流环境中少阻力，速度的公式。据该式计算得紊动所能减少的悬移质沉速，解释了公凭紊动不可能实现泥沙远程输运的原因。提出了水流输沙的分段中悬模式。     

侧式进/出水口扩散出流紊动强度变化规律研究

为探求侧式进/出水口紊动强度变化规律,构建了RSM紊流模型用于侧式进/出水口流向、横向及垂向三方向上紊动强度研究,分析了进/出水口三方向上紊动强度分布沿程变化,重点关注了拦污栅处紊动强度变化规律。研究发现边、中孔三向紊动强度各断面轮廓基本一致,横向与垂向的紊动强度均小于流向紊动强度。在沿程分布规律上,壁面附近紊动强度在扩散段有减小的趋势,孔口中间紊动强度逐渐增大,水流经过扩散段以后有回转趋势。水头损失与紊动强度呈正相关,紊动产生的水头损失先增大后减小,壁面产生的水头损失与断面平均流速呈正相关。在此基础上,探讨了孔口高度、隧洞坡角、雷诺数对进/出水口三向紊动强度的影响。结果表明,雷诺数、孔口高度、隧洞坡角基本不影响紊动强度场的断面分布及沿程变化规律,但会影响拦污栅断面处三向最大紊动强度值及其所在位置。     

层流向紊流过渡状态下粘弹性流体的紊流结构

本文应用激光流速仪,对清水水流及含高分子聚合物的流体(粘弹性流体)处于层流、层流向紊流过渡及紊流状态下的紊流结构进行了系统的试验研究。结合紊动随机模型,分析了两种流体处于层流向紊流过渡状态下的紊流结构,导得了计算脉动强度的统一公式,并利用试验成果,对运用随机理论得到的各紊动参数的表达式又一次进行了验证。     

调节池污水紊动模拟及对污染物降解的影响

污水调节池中水流紊动强度对污染物的降解有很大影响。为分析水流紊动与污染物降解的关系,利用三维紊流模型分析调节池水流紊动结构,并与实测结果进行了对比分析。结果表明,不同流量情况下,水泵吸水口附近的流速分布和紊动强度的模型计算结果与试验数据均吻合较好。进一步的研究表明,调节池中水流紊动对污染物的降解满足“一级反应”理论,水流紊动越大,污染物COD、总磷、氨氮的降解率越大。     

论河流紊动与流速分布

文内研究了河流紊动结构,论述了确定脉动流速的基本因素,得到了表示纵竖向脉动流速沿竖直线分布的公式,并进而确定了紊流虚黏性系数的结构式。在这一基础上对无沙水流与挟沙水流的流速分布以及光滑管道中的流速分布,分别作了阐述,并给出了与实测数据符合的计算公式。     

丁坝绕流的k-ε紊流模型数值解

本文采用雷诺方程组描述丁坝绕流运动,并用紊流k-ε双方程模型闭合雷诺方程组。根据控制体积法导出沿水深平均的二维偏微分方程的离散格式,然后用SIMPLER程式进行求解。通过计算,获得丁坝绕流流场内流速、水化、紊动能和紊动粘性系数的断面分布规律,其中流速和水位的计算值与实测资料较为一致。     

The calculation of mechanical energy loss for incompressible steady pipe flow of homogeneous fluid

The calculation of the mechanical energy loss is one of the fundamental problems in the field of Hydraulics and Engineering Fluid Mechanics. However, for a non-uniform flow the relation between the mechanical energy loss in a volume of fluid and the kinematical and dynamical characteristics of the flow field is not clearly established. In this paper a new mechanical energy equation for the incompressible steady non-uniform pipe flow of homogeneous fluid is derived, which includes the variation of the mean turbulent kinetic energy, and the formula for the calculation of the mechanical energy transformation loss for the non-uniform flow between two cross sections is obtained based on this equation. This formula can be simplified to the Darcy-Weisbach formula for the uniform flow as widely used in Hydraulics. Furthermore, the contributions of the mechanical energy loss relative to the time averaged velocity gradient and the dissipation of the turbulent kinetic energy in the turbulent uniform pipe flow are discussed, and the contributions of the mechanical energy loss in the viscous sublayer, the buffer layer and the region above the buffer layer for the turbulent uniform flow are also analyzed.     

挟沙水流流速的垂线分布公式

流速分布规律的研究是揭示一般水流和高含沙水流动性的关键。本文在回顾以往研究成就的基础上，开展了理论及实验研究。以提出的紊流涡团模式为基础，得出了挟沙紊流速分布的公，大量实测资料的检验结果表明，该公式能较真空地描述出一般挟沙水流及高含沙紊流的流速分布变化规律，具有较大的使用价值。     

冲积河流的水流挟沙能力

在前人研究成果的基础上分析了水流挟沙的物理模式，以挟沙水流紊动能量方程为理论基础，得出了紊动能产生项和粘性耗散项的表达式，由此推导出适用于水流的紊流三区(光滑区、过渡区和粗糙区)的挟沙能力计算式，依据天然河流实测资料和室内水槽试验资料，验证了该水流挟沙能力计算式．针对该计算式分析了影响水流挟沙能力的因素．     

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。     

明渠自掺气水流掺气浓度分布Wood模型的改进研究

本文对明渠自掺气水流均匀流区掺气浓度分布的Wood计算模型建立中的两条基本假设进行了改进,在考虑掺气水流水气二相间相互作用的条件下,建立了气泡上浮速度和紊动扩散系数的计算式,并运用紊动扩散方程,导出了掺气均匀流掺气浓度分布的计算公式。计算值与实测值吻合良好。     

底流消能的跌坎型消力池再附长度的试验研究

再附长度是衡量坎后底滚回流区水流特征的一个重要参数,再附长度随水流入射角度、跌坎深度的变化而变化。根据平面紊动射流理论,建立淹没紊动射流的扩散方程,推导出再附长度计算的半经验公式,并结合水力学试验,对公式进行验证。结果表明,通过试验观测所得观测值与通过半经验公式计算所得理论值吻合较好。     

EXPERIMENTAL STUDIES AND NUMERICAL CALCULATION ON TURBULENT BOUNDARY LAYER OF WATER FLOW ALONG CURVED SURFACE

This paper will introduce experimental studies and numerical calculation onturbulent boundary layer of water flow along curved surface in our country in recent years.Onthe basis of the experimental studies,the effects of curvature and roughness on velocitydistribution and pressure distribution and the change of turbulent flow boundary layer onoverflow bucket concave surface is discussed.We proposed the empirical formula of velocity,pressure and the change of turbulent flow boundary layer on outlet bucket concave.According tothe momentum principle,we have deduced the momentum integral equation full water depthboundary layer and using the element as control unit inside the boundary layer on concavesurface of bucket.Combining with continuity equation,we have computed the boundary layerdevelopment on the bucket of a spillway.Compared with the field experimental data,thecalculation results are available.Under polar coordinates,a mathematical model for simulatingtime-averaged flow characteristics in concave surface of bucket is established.The turbulent flowfield on concave surface of bucket is calculated by SIMPLE method and this mathematicalmodel.The flow velocity field,pressure field,distribution of turbulent kinetic energy,distribution of turbulent energy dissipating rate and distribution of shear stress are available.Thecalculation value is consistent with measured test data.     

稠密固液两相流管道絮凝研究

通过对前人有关稠密固液两相流管道絮凝过程的研究回顾与分析，基于管道中流体运动处于紊动状态这一事实，推导出了新的管道中稠密两相流体紊乱的平均流速梯度G（即絮凝强度）的计算公式，克服了以往有关教科书存在的物理概念和数学推导方面的缺陷。利用该公式并结合试验对管道絮凝过程的最佳GT值进行了研究，得出当GT＝60－120时，稠密固液两相流管道絮凝效果最佳。     

关于明渠水流的六区流态

用下临界Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数、上临界Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数、临界Ｆｒｏｕｄｅ数将明渠水流的流态划分为六区，即：缓层流、缓过渡流、缓紊流、急层流、急过渡流、急紊流，提出了六区流态划分图。并对明渠流与管流采用统一的流速公式问题，提出了看法。     

悬移质水流挟沙能力与输沙特性

悬移质水流挟沙能力与输沙特性对于冲积河流泥沙冲淤、河床演变影响很大。作者在对我国广泛应用的悬移质挟沙力半经验性公式进行分析基础上，指出了这类公式应用的局限性，并通过试验研究提出了悬移质水流挟沙能力的新关系式，同时对输沙平衡时的临界不淤流速及临界坡降等表达式进行了探讨，文中结论的应用限于S=2-40kg/m^3中低含沙量的情况。