植被群落作用下河道水流紊动能分布

植被广泛存在于自然河道中,对河流水流特性产生一定影响。利用交错排列的竹签模拟非淹没的刚性植被群落,通过水槽试验,探讨了单个植被群落对水流紊动能分布的影响。结果表明:纵向、横向和垂向三个方向的紊动能分布受到植被群落不同程度的影响,尤其是纵向上紊动能分布在植被群落下游变化较大,呈现两个峰值;植被群落下游靠近植被群落处,横向上紊动能分布为水槽中心附近最大,向两侧逐渐减小,在水槽中心紊动能沿垂向均显著增加。     

丹尼尔式鱼道内水流紊动特性试验研究

鉴于鱼道内紊流状况是影响鱼类能否顺利通过的重要因素,为提高丹尼尔式鱼道内过鱼效果,通过物理模型试验,分析了鱼道在不同工况下的水力特性,并重点研究了水流的紊动特性。结果表明,池室中的流场具有明显的主流区和回流区;横向u、纵向v、垂向w紊动强度分布形式大致相同,由紊动强度较大的主流区向回流区扩散（由主流区向回流区逐渐减小）;在xy平面上,雷诺应力随离边墙的距离增大而减小;水流通过隔板跌落处紊动能达到最大值,并沿程减小。     

明渠水流紊动特性的LDV试验研究

在可变坡矩形玻璃水槽内,利用激光多普勒流速仪(LDV)测量了水流发展段内不同水深、不同断面的瞬时流速,获得了时均流速、紊动强度、雷诺应力沿水深的分布.试验结果表明,紊流发展段内与充分发展段内水流的紊动特性存在一定差异,但亦有一定的规律性.     

浅水数学模型在植被影响河道水流运动中的应用

以植被水流为例,基于Godunov型有限体积方法开发了模拟浅水植被水流的二维数学模型,并采用水槽试验对建立的植被水流数学模型进行验证,发现计算结果与试验数据吻合较好。在此基础上,研究了植被对河道水流运动的影响。结果表明,植被的存在改变了水流运动结构,增加了河床阻力,植被区流速减小,非植被区流速增加。     

河道滞水区植被影响下的水流特性试验研究

为模拟存在滞水区的河道内水流运动开展了水槽试验,采用粒子图像测速仪(PIV)测得不同雷诺数下无植被滞水区、不同密度刚性非淹没植被滞水区的流场,分析了滞水区内的环流结构及横断面上流速分布规律。结果表明,植被对滞水区的水流结构有较大影响,植被密度较大时,滞水区中无环流结构,横断面上流速符合双曲正切函数分布;无植被及植被密度较小时,滞水区中有明显环流结构,横断面上仅剪切层部分区域流速符合双曲正切函数分布。对滞水区内部流速采用线性分布公式拟合,说明植被密度较大时,雷诺应力是主导切应力,滞水区横断面上力的平衡机理与充分发展的剪切层一致;无植被及植被密度较小时,空间脉动产生的分散应力及二次环流产生的影响增大,致使滞水区内部流速分布发生改变。     

低佛氏数水跃下游水流紊动特性的试验研究

本文应用CDL-86型超声多普勒流速仪,对佛氏数Fr=2.16～4.34的水跃跃前断面和跃后水流的紊动特性进行了试验研究;分析了跃后水流的紊动能量、紊动强度衰减率和水跃消能率等;Fr=2.99可能是这些量变化的突变点或转折点;并通过对试验资料的回归计算得出了跃后水流的紊动能和紊动强度及其衰减率随佛氏数变化的计算式,给出了计入多种影响因素的水跃消能率计算式.认为低佛氏数水跃跃前断面流速分布不均匀以及紊动值的大小对跃后水流有较大影响,近低区较大流速梯度和较大的水流紊动作用是造成水跃下游河床冲刷破坏的主要原因之一.     

含植物河道的水流垂向流速分布试验研究

河道植物可保持水土并净化水质,对生态系统有很好的修复作用,但河道植物会降低河道的输水和泄洪能力,因此研究植物对水流特性的影响非常重要。为此使用PVC圆柱棒模拟刚性植物,在矩形平底水槽中,采用三维多普勒超声测速仪(ADV)对含刚性植物河道的水流流速垂向分布规律进行了试验研究,分析了含刚性植物明渠水流的流速变化规律。结果表明,无植物区域水流流速垂向分布呈"J"型,符合半对数分布关系;有植物区域,无论是否淹没,水流流速垂向分布呈"S"型,淹没条件下流速垂向分布大体分为植物区域和植物区域以上部分两个区域;植物区域流速垂向分布曲线在局部区域内有一个极小值,取得极小值的拐点在相对淹没度为0.5附近;植物区域以上部分流速垂向分布呈"J"型。     

河流中低淹没度下刚性沉水植被阻力系数改进研究

准确评估植被阻力对预测植被影响下的河流流速分布具有重要意义。采用已有研究数据,验证了6种挺水植被阻力系数公式在刚性沉水植被流计算中的适用性,并在已有研究基础上考虑淹没度影响,针对低淹没度情形,提出了改进的阻力系数公式。结果表明,各公式平均计算精度接近,计算流速与实测流速相对误差均在10.20%～15.19%之间;改进阻力系数公式计算精度良好,公式计算流速与实测流速相对误差为3.40%,可用于植被层流速估算,适用范围为淹没度1v<2且固体体积分数0相似文献   

明渠水流淹没植被阻力系数计算公式研究

阻力系数是评估明渠水流过流能力的一个重要参数,而对于含植被明渠水流运动,水流结构和流速分布特性较为复杂,传统的明渠水力学公式不再适用.采用经典Darcy-Weisbach方程,通过对含植被河道阻力系数理论分析,识别出影响阻力系数的关键因子为植被淹没度和无量纲化阻力长度,进而基于广泛搜集的水槽试验数据,利用最大差异性算法...     

植被弯曲形态对水流的阻力效应研究

植被化生态河道的阻力特性是环境水力学的研究热点之一。为探寻柔性植被不同弯曲倾角下的阻力特性,利用圆柱铝棒进行弯曲模拟柔性植被,并采用测力装置,对不同倾角状态下圆柱铝棒及流速范围开展室内水槽试验,首先研究直立圆柱铝棒阻力与流速之间的关系,得到的拖曳力系数C_d符合已有研究,同时验证了测力装置的可靠性;随后开展不同倾角下的植被阻力试验,得到Vogel数随着倾角的减小呈逐渐降低最后突增的趋势。当植被弯曲时,已有的刚性直立植被丛模型不再适用,通过引入与倾角相关参数C_θ对模型进行修正,显著提高了模拟精准度。研究结果可为生态植被化河道水力学精准模拟提供技术支撑。     

含天然沉水植物明渠紊流特性研究

鉴于研究含植物水流的紊流特性对河流治理及湿地恢复的重要意义,在大结构混凝土水槽中,以天然沉水植物狐尾藻和菹草为试验植物,利用三维超声波测速仪（ADV）测量含植物段水流,对5种工况下明渠紊流特性进行了研究。结果表明,含沉水植物水流时均流速垂线分布呈C形;植物密度较高时,紊动强度值相对较大且不同种类的植物对其影响趋于一致,低密度时紊动强度值相对较小,但垂线分布之间差异较为明显;植物密度越大脉动流速均方根值越大,同时紊流表现出明显的各向异性;雷诺切应力受种植密度及植物种类共同影响。     

天然挺水植物明渠三维紊流特性研究

以天然挺水植物茭草、芦苇、水葱及模拟植物PVC管为试验材料并种植于大结构混凝土明渠中,研究其在流量及种植密度相同条件下明渠中水流的三维时均流速、脉动强度及雷诺切应力的分布特点。结果表明,明渠水流流速垂线更符合抛物线分布;天然挺水植物之间、天然挺水植物与PVC管间的时均流速分布相差较大,难以用一种分布模式描述;含挺水植物水流紊流特性表现出明显的各向异性;紊动强度与植物的生长形态及柔韧性密切相关;除水葱外,芦苇、茭草及PVC管的雷诺切应力-ρu′zu′x基本接近;相比天然挺水植物PVC管对水流切应力-ρu′yu′z影响最为显著;切应力-ρu′xu′y垂线分布于相对水深0.5处出现极值,总体呈ε形状。     

底坡及植被分布下的坡面水流能量损失特征试验研究

为了揭示坡面水力侵蚀过程中水流能量变化规律,进而为水土保持研究提供理论依据,利用变坡水槽在变化水深条件下的坡面流模拟试验,分析了5种坡比及3种植被分布(植被走向与水流夹角15°、30°、45°)下坡面水流能量损失特征。结果表明,在相同植被分布条件下,沿程能量损失随坡比增大而增大,随水深增大而减小后趋于稳定;相同坡比时,植被走向与水流夹角30°时沿程能量损失大于夹角45°的值,坡比0%、0.5%、1.0%时植被走向与水流夹角15°的沿程能量损失介于30°、45°之间,坡比1.5%、2.0%时其沿程能量损失最大;不同植被走向角的沿程能量损失随水深增大变化趋势相同。     

明渠均匀流弗劳德数随水深的变化规律

弗劳德数(Fr)是判别明渠水流流态的标准,掌握弗劳德数随明渠水深的变化规律,对认识明渠水流的流态特性、指导明渠的设计具有重要意义。从弗劳德数Fr的定义出发,通过理论计算分析明渠均匀流弗劳德数Fr随水深的变化规律,分别揭示了矩形、梯形和圆形断面明渠均匀流弗劳德数Fr极大值的存在条件及变化特征。分别列举算例对计算结果进行验证,为今后工程实际中通过控制断面水深来控制流态提供了依据。     

亚网格湍动能及湍流弥散效应对燃油喷雾特性的影响

采用大涡模拟方法和不同的雾化模型对定容弹中燃油喷射和雾化过程进行数值分析.着重探讨亚网格尺度湍动能,特别是燃油喷雾所诱导的亚网格湍能源项对液滴运动和喷雾特性的影响,并进一步探讨了亚网格气相湍动能对液滴弥散速度乃至喷雾场的影响.通过对不同的工况条件的模拟计算对喷雾的影响因素进行了讨论并与相关的实验进行了比较.计算结果表明,KH-RT破碎模型要优于MTAB模型,湍流弥散效应和亚网格湍动能喷雾源项对燃油喷雾有着重要的影响,其作用均是减少喷雾贯穿距,使模拟结果更接近于实验.其中,湍流弥散效应的影响更为显著.     

水污染源在线明渠超声波流量计对比确认方法的探讨

介绍了超声波明渠流量计测量的原理以及通过测量水深公式计算流量,对在线监测设施进行对比确认。     

Turbulent Mixed Convection—Radiation Interactions in a Cavity

Two-dimensional turbulent mixed convection-surface radiation interaction phenomenon in a back-wall-heated open square cavity is numerically investigated. The flow medium is air, and the turbulence model used is the Low-Reynolds-Number κ-ε Scheme. Calculations have been performed for Grashof numbers Gr up to 10~(10). And the Richardson number Ri covers a range of 4×10~(-3)-45. It is shown that within a rather extensive range of Ri, the effects of radiation on the heat transfer and fluid flow in the cavity are significant, should not be neglected and become stronger with the increase of Ri and Gr.     

淹没植被群周围泥沙冲淤特性研究

受自然条件影响和上下游来输沙限制,河道中被淹没植被群周围床面一般呈两侧冲刷、尾部淤积的状态。通过水槽试验模拟分析了河道中植被群周围地形变化特征,研究了不同淹没度下植被群周围泥沙冲淤机理。结果表明,植被群高度不影响其内部与两侧侵蚀变化过程,但较高植被群加速了冲刷速率,促使两侧侵蚀区域向植被群后方延伸;同时在上游无来沙条件下,植被群高度的增大有效抑制了尾流区泥沙沉积。     

苦草对明渠水流运动特征影响的试验

为了解含植被水流运动规律,以柔性植物苦草为对象,在室内水槽中开展了苦草斑块对水流时均运动特征影响的试验,观测分析了不同水流(断面平均流速分别为3、5、10cm/s)和不同植株密度(172、86、43、0株/m2)条件下含苦草水流的流速分布结构。结果表明,植被斑块对水平流速分布有影响,在斑块尾部边缘有涡的产生;由于植被的阻流作用,使得植被斑块内部流速沿程减小,斑块外围流速沿程增大;垂线流速呈S型,可划分为底边界层区、冠层次级最大流速区、冠顶过渡区及冠层上部对数流速分布区。植株密度对冠层次级最大流速区影响最为显著,密度越大,流速削减越迅速,逆转梯度越大;断面平均流速越大,植被对水流的影响越显著。