明渠交汇水流的螺旋度分析

基于物理模型试验的实测资料,通过引入螺旋度详细分析了"Y"型明渠交汇口的螺旋流分布情况,定量地反映出螺旋流强度沿水流方向的变化规律.在汇流比0.35、0.6、0.8共3种工况下,选取4个典型断面进行螺旋度的对比分析,结果表明:"Y"型明渠交汇水流自交汇口向下游同时存在顺时针和逆时针螺旋流,以顺时针螺旋流占据主导;沿水流方向,螺旋流强度减弱;随着汇流比的不同,螺旋度值和正负值中心呈现出不同的变化规律.     

入汇主河的泥石流龙头运动机理研究

作者基于野外观测资料和模型试验，提出了泥石流与主河交汇的两种模式，即：有上下分层交汇和无明显分层的潜入式交汇。建立了潜入式交汇的泥石流龙头运动方程，并讨论了模型参数的取值。计算结果得到以下结论：当主河水流费劳德数比较小(Fr＜0.35)时，入汇主河泥石流龙头在主河的运动速度近似以线性减速，且与试验值吻合较好；混合流粘滞系数和绕流系数对龙头运动速度影响较大；泥砂沉降速度对龙头内部体积比浓度有显著影响。     

明渠交汇口三维水力特性试验研究

支流汇入主流后，在交汇口下游附近形成复杂的流动现象，对于确定渠道有效过流断面、泥沙及含有物质输移及淤积、渠底及边壁冲刷等产生重要影响。本文目的在于采用试验手段探索干支渠交汇口的三维流动结构。在一个矩形断面且等宽、45°交汇的半封闭自循环水槽中，应用五孔毕托球对明渠交汇口三维流动特性进行了试验研究。试验结果表明，对于给定交汇口形状及尺寸，分离区形状基本保持不变，尺寸随主支渠流量比变化并具有较好的相关关系；在和主渠轴线正交的横断面上交汇水流存在横向分速，水面附近横向分速指向交汇口对侧固壁，临底附近横向分速指向交汇口一侧。对于流量比较大的汇流流动，断面环流是交汇口水流三维流动的一个重要特征。     

3-D numerical simulation of curved open channel confluence flow with partially non-submerged rigid vegetation

For the study of the effects of partially non-submerged rigid vegetation on the free-surface confluence flow in a curved open channel,a numerical simulation is ...     

泥沙对挟沙水流流动结构影响的研究

应用MicroADV研究了不同粒径的泥沙颗粒在不同水力条件下对水流流动结构的影响。实验发现：挟沙水流流动结构的变化不仅与颗粒的大小密切相关，而且与水流流动条件有关，颗粒对水流结构的影响随着水力条件的变化而改变：在强水流条件下，不论粗、中、细泥沙都不改变主流区的流速分布及紊动强度；在中等强度水流条件下，粗、中、细三种颗粒的加入都使流速大于相同条件的清水水流，而其紊动强度则较清水水流低；在弱水流条件下，三种颗粒的加入都不改变水流的流速分布，但粗颗粒使水流紊动强度显著增大，而中、细颗粒基本不改变其紊动强度。     

悬浮颗粒在明渠剪切紊流中扩散系数计算公式研究

本文利用各向同性均匀紊流理论推导了明渠剪切紊流中心区固-液两相速度差的计算公式, 结果表明固液两相速度差依赖于颗粒密度、尺寸以及流体的平均速度和水力半径. 进而研究了悬浮颗粒在紊流中的扩散系数, 给出了紊流中的悬浮颗粒扩散系数的计算公式. 该公式充分考虑了悬浮颗粒粒径、密度等颗粒特征参数以及流体粘性系数、平均流速和水力半径等水流参数对悬浮颗粒在紊中的影响, 能够比较全面地描述悬浮颗粒在紊流中的扩散情况. 为了验证固-液两相流速度差计算公式, 作者进行了水槽实验, 实验结果与计算结果吻合良好.     

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。     

交汇角对明渠交汇口污染物输运特性影响的数值模拟分析

针对等宽矩形断面明渠交汇口建立三维两相流水动力-污染物耦合数学模型,将污染物视作保守物质,不考虑其降解作用。该耦合模型以雷诺应力模型为基础,定量研究不同交汇角工况下交汇口的分离区几何特性及污染物输运规律。计算结果表明：交汇口分离区几何形状、污染物分布特性均存在明显的三维特征,且受交汇角影响;交汇角较大时分离区的几何对称性更强,不同交汇角下断面环流的位置不同,污染物的分布也不同,污染带最大宽度、混合界面宽度均随交汇角的增大而增大;分离区及其上游污染物混合速率随交汇角的增大而加快,在流速恢复区及其下游,混合速率基本不受交汇角影响,其沿程变化符合指数函数关系。     

明渠断面水流流速与边界剪切应力横向分布模型

天然河流的横断面多为由主槽和漫滩组成的复式断面,水流在这种断面中比在单一断面中受到更多因素影响,流态也更加复杂。通过将明渠横断面上微元体在水流方向的N-S控制方程沿水深积分,得出描述垂线平均流速和边界剪切应力横向分布的模型,并通过对实验数据的验证,确定了模型的实用性。     

Y形交汇口水面形态特征的数值分析

明渠交汇水流在交汇口处呈现出特有的水面形态特征.针对Y形明渠交汇口的水面形态特征,应用三维各向异性的雷诺应力模型,采用交错网格上的有限体积法离散控制方程,用SIMPLE算法对压力～速度场求解.数值计算结果与物理模型试验结果吻合较好,并据此重点探讨了交汇角、汇流比与描述水面形态特征的参数之间的关系,提出上下游水深比与交汇角、汇流比的函数关系.     

Mean flow,secondary currents and bed shear stress at a 180-degree laboratory bend with and without enhanced permeable groins as an Eco-friendly river structure

River restoration aims to apply environmentally-friendly structures for bank protection in meandering rivers to restore their natural habitat. Enhanced Permeable Groin (EPG) is a novel river restoration technique that can improve the fish habitat environment in a river system by creating a series of eco-friendly scour pools. This study reports the results of two groups of 3D velocity measurements in a 180-degree channel bend in cases with and without an EPG for clear water conditions to characterize the mechanisms leading to the primary stages of the scouring phenomenon. The analysis revealed that the presence of an EPG amplified the velocity magnitude in the regions near the tip of the vane and increased its value in the middle of the channel 1.13 times the bend without the structure. In addition, the comparison showed that the EPG reduced the velocity magnitude in the recirculation zone by an average of 38%. Secondary currents including main and outer bank cells were observed in the case without the structure. The presence of the EPG in the flow field effectively increased the outer-bank cell strength by 11 times compared to that without the structure. The low-value contours of the bed shear stresses were observed in the zone downstream of the structure for a distance of 6 times the effective length of the structure. Based on the results of this study, the generation of a recirculation zone with low-velocity and shear stress values can provide suitable conditions for aquatic habitats, deep-bodied fish assemblages, aquatic vegetation, shrub roots, and tree roots along the outer bank.     

边界层方法在明渠测流槽水力设计中的应用

应用边界层理论和临界水深理论，讨论了明渠测流槽的设计方法和流量计算方法.并用三角形测流槽，U形渠道直壁槽式量水堰和梯形测流槽的试验资料和原型观测资料进行了对比分析，计算值和实测值一致.这种计算方法简化了试验率定程序，具有足够的测流精度，为测流槽的设计和流量计算的标准化提供了理论计算方法。     

明渠沙纹床面湍流结构实验研究

沙纹的形成会显著地影响床面附近的湍流结构。论文通过水槽实验,模拟了天然河流中沙纹的形成,并针对最终形成的稳定沙纹形态,利用声学Doppler测速仪采集了沙纹床面不同位置处的高频流速过程数据,继而对脉动强度、雷诺应力、湍流动能及自相关函数等湍流特征量进行了计算,并分析了沙纹床面湍流结构和特点,为进一步的理论和数值研究提供了有价值的参考数据和依据。     

明渠交汇口水流及污染物输移数值计算

针对明渠交汇口流动特性应用深度平均H-L紊流模型和污染物传输方程建立了明渠交汇口水流流动及污染物输移模型；采用有限体积法离散格式及交错网格上的水深-速度校正算法进行了数值计算并应用实测资料对数值模型进行了验证。计算结果与实测资料吻合较好，表明所提出的模型能较好的预测交汇口水流分离区及污染混合区形状及大小。     

粗糙床面明渠水力特性研究

粗糙床面非均匀流的水槽试验表明，非均匀流断面的垂线流速分布需用两个对数公式分别描述；粗糙床面的流速分布较光滑床面不均匀；非均匀流的紊流度分布随相对水深的增大而趋于均匀；粗糙床面非均匀流糙率系数的变化规律与光滑床面近似。     

明渠时差法流量计流量计算方法分析研究

目前国内外对明渠时差法流量计流量计算方法研究较少,对时差法流量计流量计算方法进行系统完整的研究,从时差法测验原理、理论标定系数k1的计算方法、水道断面面积的计算方法、现场标定系数k2的计算方法,详细阐述了明渠时差法流量计流量计算方法,提出了线性插值计算理论标定系数k1的方法。以南水北调输水断面运河站为例采用线性插值计算理论标定系数k1的方法,进行时差法流量计流量计算,计算结果与流速仪法对比显示两者一致性较好,误差可控。进而为工程技术人员提供参考;为国产化时差测流装置提供重要技术支撑;为我国重点通航河道和低流速实时在线流量监测提供技术保障。     

Impact of depth ratio on flow structure and turbulence characteristics of compound open channel flows

Compound open channel flows appear in most natural rivers are of great importance in river management and flood control. In this study, large eddy simulations were carried out to simulate the compound open channel flows with four different depth ratios (h_r = 0.10, 0.25, 0.50, and 0.75). The main flow velocity, secondary flow, Reynolds stress, and bed shear stress were obtained from numerical simulations. The depth-averaged streamwise momentum equation was used to quantify the lateral momentum exchange between the main channel and floodplain. The instantaneous coherent structures were presented by the Q criterion method. The impact of h_r on flow structure and turbulence characteristics was analyzed. The results showed that with the increase of h_r, the high velocity area in the main channel shifted to the floodplain, and the dip phenomenon became more obvious; the Reynolds stress largely contributed to the lateral momentum exchange within the flows near the side walls of floodplain; and the vortex structures were found to significantly increase in the floodplain region.