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。     

植被作用下的复式河槽漫滩水流紊动特性

分别选取塑料吸管、鸭毛和塑料大草模拟乔木、灌木和野草，通过水槽试验，探讨了不同滩地植物作用下的浸滩水流紊动特性。试验结果表明，纵向、横向和垂向三个方向的脉动流速基本满足正态分布；时均流速与采样时间的长短有关；横向动量交换比垂向动量交换大，横向动量基本上是主槽向滩地传递；不同的滩地植物对水流的紊动强度的影响不同。滩地种植植物后，水流的紊动强度增强。纵向和垂向的紊动强度相当，都服从S型分布。     

有植被河道的水力特性研究

利用三维超声波多普勒流速仪(ADV)量测有植被时水槽不同测点位置的瞬时流场。分析了测点位置和水深与植被高度比对时均流速分布的影响。试验结果表明植被层上下水流结构复杂,柔性植被的存在使垂线流速降低,所测得的流速分布在植被层顶部附近呈现“<”形状,在植被区域内部流速分布近似为“3”形。分析了植被区水流紊动强度和雷诺应力的垂线分布情况。水流紊动强度和雷诺应力在植被区域的上层相对较大,说明在该处发生着剧烈的质量和动量交换以及很强的剪切作用。     

矩形明渠中矩形边墩周围紊动强度和雷诺应力分布特性试验

利用声学多普勒流速仪(ADV)测量矩形断面明渠中矩形边墩周围不同垂线、不同测点的瞬时流速,计算出水质点的三维相对紊动强度和雷诺应力,分析其变化特征。试验表明,紊动强度和雷诺应力在边墩周围明显增大且具有相类似的分布特征。该研究可为水流的紊动结构、丁坝与桥梁矩形边墩的水流紊动特性和冲刷机理提供验证资料。     

高坝溢流紊动流速的原型观测与分析

本文阐述了乌江渡水电站水力学原型观测中紊动流速的观测和数据处理方法。以大量实测资料为基础对溢流紊动强度、紊动能及雷诺应力分布、相关及频谱特性、紊动扩散系数等水流紊动参数进行了初步分析。同时,对于高速水流的紊动尺度刀作了一定的探讨。     

有桩群河道水流紊动特性探究

为了分析桩群对河道水流紊动特性的影响,利用声学多普勒流速仪(ADV)测量了矩形断面明渠中在修建桩群前后不同断面不同垂线、不同测点的三向流速,计算出水质点的三维无量纲化的紊动强度,并分析其分布规律和变化特征.试验表明:水流的横向紊动强度和纵向紊动强度具有相似的分布规律;纵向紊动强度远远大于横向和垂向紊动强度;桩群使水流垂向紊动强度变化幅度最大,该试验研究可为桩群对水流结构的影响分析提供参考.     

高含沙圆管流的紊动强度分布

明渠高含沙水流紊动特性的研究比较多，而关于高含沙管流紊动的文献则很少见到。我们在管路试验系统中，用应变式紊动流速仪，观测了管道内高含沙水流紊动强度的大小，沿垂线分布以及流速，含沙量对紊动强度大小和分布的影响，初步探讨了流核区内存在紊动，管轴处紊动紊动强度不小于其周围附近点紊动强度值的机理。     

弯道水流的两步隐式算法研究

采用优于SIMPLEC算法的两步隐式解法求解二维曲线坐标系下的浅水方程,建立了二维弯道水流数学模型。对流项采用二阶精度的Roe格式离散;物理变量采用适体坐标系下的同位网格布置,网格界面流速由动量插值法计算;紊动黏性系数由修正的k-ε模型确定。采用此模型对弯道内的水流流动进行了数值模拟,计算结果和实测数据吻合较好。     

挟沙水流泥沙浓度分布的试验研究

通过挟沙水流泥沙浓度分布的试验，研究泥沙浓度和紊动强度沿垂线的分布之间的内在联系，试验结果表明泥沙浓度和紊动强度沿垂线的分布一致性较好，建立了泥沙浓度和紊动强度沿垂线分布之间的关系式。分析了关系式中泥沙浓度、泥沙的中值粒径对系数K的影响，中值粒径的影响较泥沙浓度对系数K的影响大，系数K随中值粒径的减小明显减小。并在此基础上进一步建立了泥沙浓度与流速、流速梯度之间的关系式。     

矩形水槽水流紊动特性分析

采用三维超声流速仪系统地测量矩形水槽水流紊动特性,对紊动拟序结构中的准周期、频率、周期函数、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、雷诺应力等沿垂线分布问题作了较为深入的分析计算。为研究水流的紊动结构及悬移质泥沙的运动机理提供了验证资料,加深了对水流紊动结构的了解。     

复式断面明渠流能量及动量校正系数研究

在复式断面明渠流中,能量及动量校正系数对水力学计算结果的精确性有直接影响。为研究水深比（滩地水深与主槽水深之比）及滩地植被密度对复式断面明渠流能量及动量校正系数的影响,采用基于壁面建模的大涡模拟（WMLES）方法的三维数值模型,对5种水深比和3种植被密度工况进行数值模拟研究。结果表明：由于流速分布不均匀,主槽和滩地的能量及动量校正系数有明显差异,其值均大于1。随着水深比的增大,复式断面的流速分布趋向均匀,能量和动量校正系数随之减小,能量校正系数的变化范围为1.07～1.19,动量校正系数的变化范围为1.03～1.07。此外,随着滩地植被密度的增大,滩地与主槽的流速差值变大,能量和动量校正系数随之增大,能量校正系数的变化范围为1.09～1.59,动量校正系数的变化范围为1.04～1.21。最后,通过回归分析发现能量校正系数与动量校正系数存在线性关系,所得计算式可用于相同工况条件下能量及动量校正系数的预测。     

COMPUTATION OF MOMENTUM TRANSFER COEFFICIENT AND CONVEYANCE CAPACITY IN COMPOUND CHANNELS

The momentum transfer coefficient is an important parameter for determining the apparent shear stress at the vertical interface between the main channel and its associated flood plains,the cross-sectional mean velocity and the discharge capacity in compound channels. In this article,under the Boussinesq assumption and through analyzing the characteristics of velocity distribution in the interacting region between the main channel and its associated flood plain,the expression of momentum transfer coefficient was theoretically derived. On the basis of force balance,the expression of vertical apparent shear stress was obtained. By applying the experimental data from the British Engineering Research Council Flood Channel Facility (SERC-FCF),the relationship between the momentum transfer coefficient with the relative depth and the ratio of the flood plain width to the main channel width,was established,And hence the conveyance capacity in compound channels was calculated with Liu and Dong’s method. The computed results show that the momentum transfer coefficient relationship obtained is viable.     

水轮机调节中高精度模糊控制器的应用

设计了高精度模糊控制器的输入、输出伸缩因子及模糊控制规则和控制器的结构;对水轮机调节系统建立近似数学模型。分别用固定参数PID控制器、普通模糊控制器、高精度模糊控制器在水轮机受负荷干扰,传递系数变化的情况下进行仿真研究,得出结论:在被控对象数学模型不够精确、参数发生变化或发生负荷扰动时,高精度模糊控制器的动态特性好,鲁棒性强,优于其他两种控制器。     

动床水流卡门常数K的物理意义及其应用

本文分析了动床水流流速分布与点、线、面的卡门常数Ｋ值的关系，指出在主流区流速分布仍遵循对数定律（但Ｋ值不再是０．４），文中揭示了动床水流卡门常数Ｋ值具有可变的特性，建立了悬浮指标、掺混长度、动量交换和泥沙交换系数垂线分布变化规律与水流结构（流速分布）变化规律之间的联系，并获得了正确的理论解。     

感潮河段桥梁壅水计算方法比较及敏感性分析

为体现HEC-RAS模型中感潮河段上桥梁壅水变化,建立了一维非恒定流数学模型,计算了2002年3月长江苏通大桥的壅水情况。并进一步介绍和比较了铁路工程水文勘测设计规范公式以及HEC-RAS内设的能量法、动量法、Yarnell法计算公式,对公式计算结果与HEC-RAS相关经验系数等设置进行了探讨。最后将各公式应用于3月份的苏通大桥壅水计算,结果发现:HEC-RAS的能量法和Yarnell法较符合规范法,适用于计算感潮河段的非溢流桥梁壅水;而动量法则与实际数值偏差较大,不适合该地区应用。同时比较了HEC-RAS的3种方法对扩缩系数、经验系数以及无效区域的敏感性,结果表明:扩缩系数对能量法影响最大,Yarnell法依赖于经验系数,动量法与无效区域有关,但其具体设置需要更详细的资料进行研究。研究成果可为非恒定流桥梁壅水数值模拟方法提供一些参考。     

玉米光合产物分配与转移模拟方法的研究

光合产物分配与转移的模拟是作物生长模拟的重要组成部分。以山西省文峪河试验站春玉米3个年度（2018、2019和2020年）灌溉试验（高水处理T1和零水处理T2）资料对光合产物分配方法（分配系数法和分配指数法）进行模拟研究。结果表明：从拟合精度来看,两种方法对茎、叶、穗模拟值与实测值的拟合优度R²均大于0.9,其中穗模拟精度最高（R²>0.95）。水分胁迫会导致茎分配指数减小、叶和穗分配指数增大,且穗分配指数受水分胁迫影响最大;水分胁迫主要是通过影响生长相关性（茎叶比、穗茎比和根冠比）来影响分配系数,其中穗茎比随时间变化过程的模拟效果最好（R²=0.882）;茎叶比水分胁迫指数为-0.130,表明水分胁迫会导致茎叶比减小;穗茎比和根冠比的水分胁迫指数分别为0.248和0.143,表明水分胁迫会使穗茎比和根冠比增大;茎、叶、根分配系数在生长前期受水分胁迫影响较小,生长后期水分胁迫导致茎、叶、根分配系数增大以及穗分配系数减小;水分胁迫使光合产物的转移率减小。整体而言,两种方法对光合产物的拟合精度非常接近,但分配系数法对光合产物转移量的模拟结果更接近于实际情况,表明分配系数法具有更好的机理性。     

Analysis of One-Dimensional Modelling for Flood Routing in Compound Channels

In this paper a number of hydraulic aspects concerning the flood routing in compound channels are discussed. In particular, attention is firstly focused on the management of boundary conditions for compound channel flow when 1D modelling is used. In this context, the characteristics theory was used to obtain the complete expression of the eigenvalues of the system and the consequences of the simplification associated to the commonly-used approximation were highlighted. The analysis has shown that the number of physical conditions to be imposed at the boundaries is influenced not only by the Boussinesq coefficient but also by its derivative over the water level. The second part of the paper is devoted to the analysis of unsteady flow simulations. Attention was focused on the role played by the lateral momentum transfer, between main channel and floodplains, within the 1D flood propagation model. In particular, the simulations showed that significant differences may occur between the traditional approach and the methods able to take into account the momentum transfer mechanisms.     

Volatilization of hydrogen sulfide from a quiescent surface

Air-water mass transfer of hydrogen sulfide from a shallow tank with a quiescent surface under the influence of weak wind stress on the water surface was studied numerically using a two-dimensional model. The flow field in the tank was investigated using a computational code based on a finite volume, which is used to numerically solve momentum, mass and continuity conservation equations. The results show that water phase flow field is strongly dependent on the wind-induced surface velocity and the aspect ratio of the tank. Based on the numerical study, the liquid-side mass transfer coefficient is correlated with Reynolds number (R(e)), tank aspect ratio (AR) and Schmidt number (S(c)). Overall mass transfer coefficient (K(L)) values extend further downstream as the R(e) number increases.     

水体大气复氧理论和复氧系数研究进展与展望

作者对水体大气复氧理论和复氧系数计算公式研究进行总结，分析了水体在静止和紊动水流条件下大气复氧的理论模型和复氧方程，并对计算复氧系数的公式的适用范围进行分析，概括了水体大气复氧方程的基本形式。各复氧系数计算公式大多是基于各自的水力条件，忽略了其他的因素而不能应用于所有的河流，因此可靠性较差，但相对而言，其中以ThackstonKrenkel公式较为有效。     

引水流量对引水渠道中水内冰演变影响的数值模拟

水电站引水渠道中的冰害会影响水电站的安全运行,危害当地人民的人身安全。为开展引水渠道中水内冰演变的研究,建立了三维非稳态欧拉两相流模型,动量方程考虑了相间曳力、升力、虚拟质量力,热量传递方程中考虑了冰水之间的热量传递以及太阳辐射、有效辐射、蒸发热损失、水面对流热损失等。模拟分析了不同引水流量下温度及冰体积分数的沿程分布,结果表明：冰温沿程逐渐升高;水温沿程先降低后升高、沿程出现最低点。冰体积分数沿程存在突变点,且突变点在水温最低点附近。随着引水流量减小,产冰起始位置向渠道上游移动,但最终的产冰量和冰体积分数逐渐减小。通过与黄河上游河道中水内冰演变计算结果对比,验证了模型的可靠性。