高含沙水流脉动特性试验研究

以某工程的表孔为依托,建立1∶100单体模型。通过配置不同含沙量的水流,对水垫塘底板含沙水流的脉动压强进行试验。结果表明,在试验范围内,水流条件不同,含沙量对脉动强度的影响不同:水流条件较强时,脉动压强随着含沙量的增大,呈现先减小后又增大的趋势,含沙水流最大脉动压强比清水最多减小24.73%;水流条件较弱时,脉动压强随着含沙量的增大,呈现先增大后减小的趋势,含沙水流最大脉动压强比清水最大增加78.74%。冲击区含沙水流脉动压力分布比清水更接近正态分布,脉动压力能量大部分集中在0.4 Hz以内,功率谱无明显的优势频率,水流主要以低频大尺度漩涡为主。通过对高含沙水流水垫塘底板的脉动压强进行观测,总结分析了不同因素影响下高含沙水流脉动压强特性的变化规律,为相关工程提供参考。     

高含沙水流运动特性综述

本文综述了高含沙水流的阻力特征，流速分布，紊动强度分布，能量分布等流动过程中所具有的特性，并和清水、低含沙水流作了对比分析，系统论述高，低含沙水流所共同具有的规律。     

洛惠渠高含沙水流的特性分析

利用洛惠渠近二下年的实测资料，从泥沙颗粒沉速、流变特性等基本概念着手分析洛惠渠高含沙水流的特性。指出水流中含沙量的增大和细颗粒含量的增加，一方面使流体粘度增加；另一方面使流体容重增大，从而导致颗粒的沉速大幅度降低，甚至形成坏分选泥浆。文章为进一步研究黄河等多沙河流的高含沙水流输沙提供了科学依据。     

黄河高含沙水流的特性和利用

高含沙水流应有足够的细沙（ｄ＜０．０１ｍｍ）含量与水组成基本悬浮液，在窄深河槽条件下，可挟带较粗颗粒泥沙长距离输送；水库中高含沙异重流还可以将大于０．０３ｍｍ以上的粗泥沙排出库外．排沙比可达１００％。在游荡型宽浅河道上，高含沙水流严重淤积，一场高含沙洪水淤积量可占全年淤积量的３０％～５０％。     

水流强度对高含沙水流流变参数影响的试验研究

通过求解切应力方程，导出了高含沙水流紊流区流变参数的求解公式；根据常水管道的试验资料，分析了紊流区流变参数随水流强度变化的规律，并在一定范围试验资料基础上，建立了流变参数与有效雷诺数间的经验关系式。     

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     

一侧突扩高含沙水流试验研究

本文根据在两种展宽比条件下，不同水沙组合的试验结果，定性描述了一侧突扩高０含沙水流回流区的含沙量分布与泥沙淤积，提出了一种计算回流尺度与行径流速分布的经验公式。     

孔板泄洪洞脉动压力特性浅析

通过量测多级孔板泄洪洞点脉动压力的沿程分布，论证了脉动压力振幅概率分布的正态性和最大振幅取值范围。由于最大脉动压力可达孔口流速水头１．２倍，最大脉动压力强度系数高达３０％，因此在研究孔板洞空化问题时必须考虑脉动压力。     

台阶式溢流坝消力池压强特性试验研究

为研究台阶式溢流坝不设反弧段连接时消力池底板压强特性,结合某水库实际工程,采用物理模型试验方法,对台阶式溢流坝消力池底板时均压强、脉动压强强度和峰值等压强特性进行了研究。结果表明,消力池底板时均压强均为正值;在滑行水流和过渡水流时,时均压强在水流冲击区出现一个较大值,最大为0.926kPa,下游反弹区形成极小值;在跌落水流时,时均压强沿程变化较小,且随流量的增加而增大;脉动压强强度和峰值沿程变化规律基本一致,总体上随流量的增加而增大,最大值出现在水流冲击区,脉动压强最大为1.198kPa,随后沿下游方向逐渐减小,并趋于稳定;台阶尺寸对消力池底板时均压强和脉动压强影响不大;消力池内脉动优势频率为0.01~4 Hz,属低频振动,不会危害泄水建筑物的安全。研究成果可为台阶式溢流坝消力池的优化设计提供参考。     

我国闸坝类泄流结构脉动压力谱密度特征研究综述

随着高水头、大流量泄流结构的兴建,高速泄洪水流产生的脉动荷载对泄流结构的安全影响巨大,特别是高速泄流诱发泄流结构振动问题尤为突出。在前人研究的基础上对我国闸坝等泄流结构上的脉动荷载谱密度特征进行了分析总结,总体上,脉动压力荷载的谱密度基本类型主要分为4种,其与水流的流态和泄流结构型式存在对应关系,闸坝泄流结构的脉动压力谱密度均属于4种基本类型中的一种或某几种的组合。从分析总结作用于导墙、闸门、闸墩上的脉动压力谱密度来看,其均属于窄带噪声谱。文章可供类似泄洪建筑物脉动压力研究参考。     

高含沙水流紊动能量转化与耗散规律

基于两相挟沙水流紊动能量平衡方程,推导得出了紊动能转化率kt,表达式以及泥沙悬浮效率系数es表达式。通过应用室内水槽平衡输沙试验实测数据,分析了紊动能转化率kt与有效雷诺数Rem之间关系,并探讨了紊动能转化率kt、泥沙悬浮效率系数es和泥沙悬浮功Es等表述能量的三大特征值随含沙浓度的变化规律,得出了在高含沙水流(Sv≥0.15)情况下kt、es和Es三者均随着含沙量的增加而呈现减小的变化规律,表明泥沙含量的增加不会给水流增加额外的能量负担,高含沙水流这种特有的紊动能量转化与耗散规律,为黄河具有“多来多排”的输沙特性找到一定的理论依据。     

洞塞泄洪洞的水力特性研究

本文提出的洞塞式消能工与孔板非常相似，充分利用高速水流经过局部突缩突扩断面产生巨大水头损失实现消能，但体型简单，洞塞内水流相对平稳，消能率很高。本文较为详细地介绍了洞塞消能的特点、洞塞泄洪洞的布置型式和水力学计算。水力学模型试验成果与计算结果非常吻合。     

黄河洪水洪峰增值机理及影响因素研究

黄河洪水含沙量高,常出现洪峰流量沿程增加现象,但机理和影响因素尚无共识。本文基于断面积分的浑水连续和运动方程,推导了洪峰流量在特征线上变化的(常微分)相容方程,从而得到影响洪峰流量增加/减少的控制因素(即相容方程的源汇项)。据此,对1973—2012年间18场表现出洪峰流量沿程增加的洪水过程进行分析,计算了各控制因素的量级。结果表明,加剧洪峰增值的首要因素是外力的时间累积效应,其次是压力能沿程变化;削弱洪峰增值的主要因素是对流输运不平衡。进一步分析表明,适当增加上游流量并减少来沙,或增加上游流量并增大局部河段的过流面积,有可能抑制甚至消除洪峰增值现象。     

有压输沙管道脉动压强特性试验研究

壁面脉动压强是工程上重要的研究对象,脉动强度直接影响泄洪排沙洞、输水隧洞(管道)等建筑物的稳定性和运行安全。为研究不同含沙浓度对壁面脉动压强特性的影响,以黄河细沙(d50=107μm)为研究对象,在直径80 mm的水平管道中进行模型试验,测量出每种工况下的流量、含沙浓度和脉动压强。采用统计方法对测量数据进行多方面分析,并结合快速傅里叶变换(FFT)方法研究了脉动压强的功率谱密度。试验结果表明,时均压强的沿程幅值和瞬时峰值压强均随含沙浓度增加而增大,相对脉动强度随着含沙浓度增大总趋势是减小的;脉动压强概率密度为脉动压强均值接近于零的正太分布,随着含沙浓度增加分布形态从瘦高型发展成矮胖型,压强振幅变大;脉动压强功率谱密度中低频分量随着含沙浓度变大有明显的增加。     

电厂冷却排水系统压力消能工水流特性及消能效果的试验研究

利用大亚湾水域水体作为冷却水源的核电厂,其排水系统采用传统的水跃消能形式,受水质影响,产生大量的泡沫和盐雾,不利于当地环境。从岭澳电厂冷却排水系统的工程实际出发,在满足虹吸井最低水位要求的前提下,提出了压力主流道和明流相结合的过流方式。压力主流道设置一种新型压力消能工进行消能,有效地消除了盐雾和泡沫。通过模型试验,分析了在相同流量和下游水位情况下压力消能工形式和尺寸对过流能力、压力分布和消能率的影响,对结构布置进行了优化;针对压力消能工的优化方案,在不同流量和下游水位组合工况下,进行了水力特性的试验研究。研究结果表明,这种压力消能方式在防止泡沫产生的同时消能率可达到65%左右,是一种有效的新型消能型式。研究成果对类似工程有较高的参考价值。     

高含沙水流的整体停滞淤积及其影响

河流泥沙的整体贴边停滞淤积是高含沙水流物理力学性质决定的一种泥沙运动停滞现象。它的形成与消亡对高含沙河流的洪水演进、河道演变及河道水文要素的变化有着重要影响。本文从高含沙水流的物理力学特性分析入手,探讨整体贴边淤积的形成机理,认识它的作用。研究表明：层流条件下的高含沙水流具有静态剪切应力,其大小与浑液的含沙量和相对静止时间成正比,与粒径成反比,是导致高含沙水流层流区的运动阻力随着时间增大、出现整体停滞淤积的主要原因。高含沙水流出现的许多独特现象可以从整体停滞淤积得到解释。对静态剪切应力和整体停滞淤积的认识将有助于高含沙洪水演进、河床演变和黄河水沙调控体系中的水沙调度等相关领域的研究。     

重叠布置泄水建筑物坝面隔墙 脉动压力特性研究

采用数值模拟的方法,利用大涡模型对重叠布置泄水建筑物泄流工况进行模拟计算,试验数据验证结果表明数值模拟方法合理可行。根据实测数据和计算结果,对坝面隔墙处脉动压力特性进行分析研究。通过对流场分布、频谱分析以及脉动压力强度系数等研究,分析得出脉动压力的脉动源以及脉动压力在隔墙上的分布规律。     

常曲率U型弯道水流紊动特性试验研究

采用三维声学多普勒流速仪,对水流三维流速进行了采集,对弯道水流的脉动进行了统计分析,研究了典型断面的紊动强度、紊动切应力、紊动能的分布。试验结果能够很好的揭示弯道水流的三维特性及分布规律。研究成果为进一步研究水流的紊动结构及泥沙的运动机理提供了参考资料。