河床床沙组成数值模拟方法

在以往的研究基础上，对模拟河床冲淤过程中河床混合层概念作了进一步的发展，对描述这一物理过程的数学方法提出了新的见解，并建立了更具一般意义的数学物理方程式，同时，提出了采用非合解时求解混合层组成方程式的有效数值方法。     

对大气混合层高度确定方法的比较分析

介绍了大气混合层高度的计算方法，并用三种方法计算了西安市１９８６年的混合层高度，对其变化规律进行了分析。对三种计算混合层高度的方法进行了适用性分析。     

液力变矩器动态过程的建模分析

在介绍叶片式水力机械的广义基本方程式基础上，导出了适用于液力变矩器动态过程研究的广义力矩方程式，并在此基础上，推导了液力变矩器广义能量平均方程式，建立了描述液力变矩器动态过程及其特性的基本广义方程组，该方程组对于开展变矩器动态研究肯有重要价值。     

受限空间内超声速混合层生长特性

为获得受限空间内激波作用下的超声速混合层生长规律,以支板喷射超燃冲压发动机典型流道为研究对象,开展了2.3Ma氢气射流与2.0Ma空气来流所形成的超声速混合层的生长特性研究.基于OpenFOAM计算平台,采用大涡模拟方法,数值研究了超声速混合层的流场结构和特征,流场结构和组分分布与实验结果吻合较好.通过超声速混合层组分浓度、厚度、可压缩效应及总压损失的分析,获得了超声速混合层的生长特性.研究结果表明:受限空间内超声速混合层的生长过程具有4个典型阶段,支板末端的膨胀波/激波结构会显著减低对流马赫数,从而降低混合层的可压缩性,促进混合层的生长;激波与混合层的相互作用能够增强局部湍流强度,获得涡量增益,加快混合层的生长速率,促进混合效率,但同时会引起较大的总压损失,降低发动机性能.发动机设计时要综合考虑波系结构与混合层相互作用带来的混合增强和总压损失,实现性能优化.     

荆江微弯分汊浅滩的水沙输移及河床演变

沙市河段为长江中游典型长顺直微弯分汊河段,河床演变复杂.对该河段水流变化规律、河床冲淤模式进行了分析,探讨了来水来沙及河床形态对河道水沙输移的影响.河床冲淤由来水量、来沙量和河床形态共同决定,但河床形态与流量过程在更大程度上影响着河床冲淤特性,放宽段河床冲刷深度与单宽流量变化率之间较好的相关性便体现了这一点.考虑来流及河床形态的决定性作用,对该河段的主流摆动特性进行了分析,认为汊道兴衰交替是河床演变的主要特性.     

平面二维全沙数值模拟方法及其应用

采用有限体积法对正交曲线坐标系下的平面二维水沙微分方程进行了离散,建立了平面二维全沙数学模型.在一概化的单边突然扩宽河道中对河床冲淤过程中悬移质含沙量及其级配、推移质输沙率及其级配、床沙级配等沿时空变化特性进行了计算分析,并模拟出了由河床冲刷引起的床沙粗化、抗冲层的形成过程以及河床淤积过程等泥沙特性的变化.数值计算结果表明,该模型在定性上能正确地模拟水流以及河床的冲刷、淤积过程.     

钢表面扩散混合层的研讨

论证铜合金－钢摩擦副在三乙醇胺中摩擦时，钢表面形成了扩散混合层，而非富铜膜或纯铜膜。并探讨了其形成过程及摩擦学特性，得出一些新的结论。     

河床渗井环形宽度的研究

本文从渗流理论和固体热传导理论出发，在河床渗井集水降深场研究中，提出了河床渗井井周河水下渗补给环形宽度的概念，并给出了计算方法。借助模拟试验进一步提出了河水强下渗环形宽度的概念，论证了其存在性并建立了相应的计算公式。经验证公式N强＝4．0K^-0.41M^-0.26S^0.21的精度令人满意，从而解决了河床渗井井群经水设计中的最佳井距问题。     

基于3维成像技术的河床介质形成过程研究

为了研究潜流交换过程中孔隙水流、颗粒运移和小尺度河床介质非均质性之间的相互关系,通过室内水槽试验,在利用X射线微断层扫描技术对实验样品进行扫描生成样品内部结构3维图像的基础上,运用格子波尔兹曼法对河床介质的形成过程进行模拟。研究结果表明:在河床介质的形成以及运移过程中,随着颗粒运移过程的发展,河床上部的渗透率逐渐增大,而随着细砂粒深入到介质内部,河床下部的渗透率逐渐减小。     

水库泄流变化下河床粗化破坏特征试验研究

本文通过水槽试验研究了水库泄流变化对山区河流河床粗化过程的影响。研究开展了流量交替变化和流量逐级增大两种条件下的清水冲刷河床粗化试验。在不同来流条件下,测量了试验过程中的推移质输沙率和水槽断面水深以及每阶段试验结束后的河床地形。基于衰减函数,模拟清水冲刷河床初始粗化过程的推移质输沙率。分析粗化层形成后的推移质输沙率随流量和冲刷时间的变化趋势,结合各水流条件下的床面切应力,探讨河床的冲刷粗化特点和粗化层破坏临界条件。试验结果发现,河床首次粗化对应的推移质输沙率变化过程可采用衰减函数模拟,模型可较准确地模拟推移质输沙率随时间的变化过程。对于流量交替变化阶段,每阶段出现的第一次极值流量是河床表层粗化、失稳破坏的主要驱动因子,极值流量产生的推移质输沙率总是大于小流量或第二次极值流量产生的推移质输沙率。河床表层粗化或冲刷由各阶段极值流量与河床初始粗化流量共同决定,极值流量相对河床初始粗化流量越大,河床表层冲刷粗化程度越大。对于流量逐级增大过程,当前流量下床面切应力τ与河床粗化层形成时的床面切应力τ0决定河床粗化表层变化规律。当τ < τ0,河床表层无明显变化;当τ ≥ 1.1τ0,河床粗化层开始变得不稳定,推移质输沙率陡增。     

平面二维河床粗化层的数值模拟

基于三角形网格划分 ,应用破开算子原理 ,建立了平面二维非均匀沙水流泥沙数学模型 ,并使用了平面二维非均匀沙水流挟沙力公式 .着重对河床冲刷过程中悬移质含沙量、河床变形和床沙级配等沿时空变化特性进行了计算分析 ,模拟了概化河道中床沙粗化层的形成过程 .数值实验表明 ,该方法边界符合良好 ,计算量小 ,能准确地模拟出河床冲刷过程中水沙的变化规律     

Modelling sediment transport processes in macro-tidal estuary

This paper outlines a numerical modeling study to predict the sediment transport processes in a macro-tidal estuary, namely the Mersey Estuary, UK. An integrated numerical model study is conducted to investigate the interaction between the hydrodynamic, morphological and sediment transport processes occurring in the estuary. The numerical model widely used in environmental sediment transport studies worldwide, namely ECOMSED is used to simulate flow and sediment transport in estuary. A wetting and drying scheme is proposed and applied to the model, which defines “dry” cells as regions with a thin film of fluid O (cm). The primitive equations are solved in the thin film as well as in other regular wet cells. A model for the bed load transport is included in the code to account for the dynamics of the mobile bed boundary. The bed evolution due to bed load transport which is calculated according to van Rijn (1984a) is obtained by solving the sediment mass-balance equation. An estuary-related laboratory flume experiment is used to verify the model. Six sets of field measured hydrodynamic data are used to verify the corresponding predictions of the model, with the model-predicted water elevations and salinity levels generally agreeing well with the field measurements. The numerical model results show that in the Mersey Estuary both the tidal level and river discharge affect significantly the sediment transport. Reasonable agreement between the model results and field data has been obtained, indicating that the model can be used as computer-based tool for the environment management of estuarine system.     

洪水泥沙运动特性的一维数值模拟计算和分析

采用一维非恒定水流泥水流泥沙数学模型对黄河的“96．8”洪水泥沙输移特性进行了数值计算模拟，通过对洪水运动过程的水沙要素如断面的水位、数量、含沙量变化、洪水传播时间及河床冲淤等特性的分析表明，本一维非恒定泥沙数学模型在分析模拟洪水泥运动规律可靠性，为江河洪水预报提供一种重要的预测手段。     

CFD prediction of local scour hole around bridge piers

In order to predict the local scour hole and its evaluation around a cylindrical bridge pier, the computational fluid dynamics (CFD) and theories of sediment movement and transport were employed to carry out numerical simulations. In the numerical method, the time-averaged Reynolds Navier-Stokes equations and the standard k-ɛ model were first used to simulate the three-dimensional flow field around a bridge pier fixed on river bed. The transient shear stress on river bed was treated as a crucial hydrodynamic mechanism when handling sediment incipience and transport. Then, river-bed volumetric sediment transport was calculated, followed by the modification of the river bed altitude and configuration. Boundary adaptive mesh technique was employed to modify the grid system with changed river-bed boundary. The evolution of local scour around a cylindrical bridge pier was presented. The numerical results represent the flow pattern and mechanism during the pier scouring, with a good prediction of the maximum scour hole depth compared with test results.     

三峡工程青岩子河段平面二维河床变形初步计算

本文应用平面二维泥沙数学模型对三峡工程青岩子河段建库后的河床冲淤变化进行了初步计算。结果表明:数值计算结果与实物模型试验结果基本一致。     

小浪底水库运用初期黄河下游河道冲刷模拟计算

采用小浪底水库运用后的1999年11月至2002年10月水沙系列对已建立并运用多年的黄河准二维泥沙数学模型进行验证计算，河床冲淤变化、断面形态调整、洪水演进及洪水位变化、床沙与悬沙交换等各方面的计算结果与实测资料基本吻合。这说明该模型适用于因小浪底水库运用而水沙条件发生重大变化的黄河下游，该模型可在今后小浪底水库运用方式的比选、黄河下游河道治理及下游防洪决策等工作中发挥其模拟和预测的作用。     

Improvement and Application of Grain Size Distribution Characteristics Calculation of Bed Material

Grain size distribution of bed material is an important characteristic for studying evolution of natural river channel by means of experimental ways and numerical modeling of flow and sediment process.In this study,the fractal characteristic of sediment particle has been defined by means of fractal theory based on ana- lyzing the property of grain size distribution of bed material in the river channel.Furthennore,the fractal prop- erty of sediment particle has been applied to judge the process of armoring and stabilizing in the armoring ex- periment of bed material.In addition,the relationship between the riverbed roughness and its fractal dimension is also obtained according to the experimental data.Finally,the relationships between bed material roughness, fractal dimension,and representative diameter(d_(50),d_(90))are discussed respectively,the roughness comparison shows that the proposed roughness formula based on fractal theory has higher precision.     

河道水流泥沙运动一维、二维模型嵌套及交界面连接问题

本文导得了河道水流泥沙运动一维、二维模型交界面连接的一般条件,对交界面上水流阻力、悬移质挟沙力、推移质输沙率、河床变形及床沙级配的一维、二维模型不匹配问题进行了合理处理,建立了河道水流泥沙运动一维、二维嵌套数学模型。     

考虑泥沙分选及床沙级配调整的二维数值模拟研究

在正交曲线坐标系下建立平面2维河流数学模型,包括水流模型、泥沙模型。在前人研究成果的基础上,通过修正泥沙模型中非均匀沙挟沙力公式以考虑泥沙分选影响;并根据近底床沙质量守恒方程计算床沙级配调整。利用seal水槽下游细化试验资料,对模型进行了验证,结果表明,本模型能够合理模拟水槽地形及其床面泥沙分布变化,反映试验水槽沿程细化的趋势,具有研究实际河道河床变形及床沙分布变化的潜力。     

掺气射流冲刷的数值模拟

在贴体非正交曲线坐标系中,采用控制体积法对掺气射流对散粒体河床的冲刷进行了数值模拟.根据冲刷过程中冲刷深度和坑底压力及流速之间的平衡关系,建立了控制冲刷坑底边界的方法.计算的冲坑深度随着掺气浓度的增大而减小,与试验结果相一致,并且冲坑深度与试验结果符合很好,结果令人满意.用相同的控制散粒体河床冲刷深度的参数,对不同掺气深度、不同水垫深度、不同水流入射速度情况下冲坑深度的正确模拟,说明用数值方法来模拟掺气射流对散粒体河床的冲刷过程及估算冲刷坑深度是合理、可行的.