有压输水系统中用射流冲沙的系列模型试验研究

射流冲沙是解决有压输水系统中局部泥沙淤积问题的一种方法，为确定射流冲沙的主要参数和冲沙效果，进行了几何比尺分别为1∶25及1∶12.5的系列泥沙模型试验。通过试验发现冲沙效果和射流动能ρQV2有关，且通过系列比尺模型试验，得出射流冲沙的临界判别条件是保持动能为某一临界值，通过进一步分析还得出射流能量中能转化为水流紊动能量的百分比。通过算例给出了有压输水系统中计算射流冲沙参数的方法。     

泥沙对水流紊动影响的进一步分析

泥沙颗粒对水流紊动的影响是水－沙两相流运动的重要问题之一。本文针对这一问题，从水流紊动的起因出发，分析了泥沙影响水流紊动的基本途径和方式，结合实验资料，主要对含沙量和泥沙粒径影响水流紊动强度的机理进行了探讨。从不出现尾涡脱落的至少能响应一部分大尺度涡的基本条件出发，得到了泥沙颗粒抑制或增强紊动的判别条件，并得出结论：因含有沙粒、水流紊动存在着被削弱、增强、或局部削弱、局部增强３种情况，表面在不同的     

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。     

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。     

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。     

挟沙紊流经沙下沉运动研究

本工作初步建立了挟沙紊流的连续介质力学模型，首次导得了紊流环境中少阻力，速度的公式。据该式计算得紊动所能减少的悬移质沉速，解释了公凭紊动不可能实现泥沙远程输运的原因。提出了水流输沙的分段中悬模式。     

密排粗糙床面明渠水流的紊动特性

为揭示密排粗糙床面对明渠水流紊动参数的定量影响规律,采用不同直径的圆形玻璃珠制作了3种密排加糙床面,基于光滑床面和加糙床面明渠紊流PIV流场测试资料,探讨了加糙后紊动强度、雷诺应力和紊动能等参数的变化特征。结果表明:床面粗糙对紊动参数的影响主要体现在内区,而外区紊动参数的变化相对较小。加糙后纵向和垂向紊动强度相对值u’⁺、v’⁺在内区呈现不同的变化规律,流量相同时,粗糙雷诺数Re_*越大,v’⁺越大,而u’⁺越小;床面粗糙对内区水流有抑制纵向紊动和加强垂向紊动的双重作用,而对外区水流有加强纵、垂双向紊动的作用;床面加糙对垂向紊动强度的影响总体大于纵向。加糙后内、外区的雷诺应力绝对值均增大,内区增幅尤为明显,雷诺应力增大的原因在于水流质点混掺强度和频次均增大。不同工况紊动能相对值E⁺在内区差异明显,随着相对水深η的增大,E⁺差异逐渐减小,在水面附近趋于一致;加糙后内区紊动能绝对值总体减小,而外区紊动能绝对值有所增大,内、外区紊动能变化与床...     

河流底流中重金属释放的水流紊动效应

紊动条件下，重金属释放主要决定于水流挟沙力和水流紊动力强度，通过动态试验，求得了水流挟沙力公式利用因次分析的方法，得出了同一时刻重金属释放浓度与水流紊动强度间的关系，以重金属释放动力学为基础，绘合河流中泥沙运动规律及水流紊动强度与重金属释放的关系，建立了水流紊动条件下重金属释放的动力学模型，以该模型描述不同系动条件下重金属释放的动力学过程，得到了满意结果。     

泥沙粒径与水流紊动关系试验研究

挟沙水流中的泥沙颗粒因水流紊动而悬浮,同时受重力作用而下沉。由于水流中的泥沙颗粒会对水流紊动产生影响,反之,水流紊动也对泥沙颗粒分布产生影响,它们之间作用是相辅相成的。本文采用超声流速仪（MicroADV）量测挟沙水流的时均流速沿垂向分布,同时对泥沙颗粒粒径的分布进行了试验,研究了泥沙颗粒粒径d50和水流紊动强度在沿垂向分布之间的内在联系,结果表明：泥沙颗粒粒径和紊动强度沿垂线的分布一致性较好,并用实测资料对他们进行了拟合,建立了它们之间的关系式,有一定的实用价值。     

开孔促淤板周围水流紊动特性试验研究

为深入了解开孔促淤板周围的水流特性,通过室内概化水槽试验分析了开孔促淤板前后的水流紊动特性,采用声学多普勒流速仪(ADV)测量了开孔促淤板前后典型断面上的三维瞬时流速,分析了典型断面上的时均流速、紊动强度、雷诺切应力和紊动能的分布规律。试验结果表明:板后近板区出现回流区,且回流区与开孔促淤板格栅位置相对应;板后水流相对紊动强度、雷诺切应力及相对紊动能明显大于板前,开孔促淤板对板后近板区水流影响较大;随着与开孔促淤板距离的增大,回流现象消失,流速变化趋于稳定,水流相对紊动强度减小且最终趋于稳定,相对紊动能出现折减且折减率逐渐降低;靠近近板区xOy面雷诺切应力大于yOz面雷诺切应力,靠近下游xOy面雷诺切应力与yOz面雷诺切应力相差较小。     

透空潜坝附近水流特性的数值模拟

透空式潜坝是一种兼顾生态和环境的新型整治建筑物。为深入了解透空潜坝附近水流特性,基于N-S方程和不可压缩气液两相流理论建立三维数值水槽,对梯形透空式潜坝附近水流特性进行数值模拟,研究了透空率、水深和流速对潜坝附近流场、紊动能和涡量等水流特性的影响规律。结果表明:相同水流条件下,随着透空率的增大,坝后回流流速减小,坝后根部紊动强度逐渐增大,而坝后1~4倍坝高范围内紊动强度逐渐减小,涡量先增大后减小。透空率不变情况下,在相同断面平均流速条件下随着水深增大,透水率逐渐减小,潜坝附近紊动强度整体减小,但紊动范围变化不大,坝顶强涡量区面积减小。在相同水深条件下随着断面平均流速增大,涡旋回流强度逐渐增大,潜坝附近高紊动区紊动强度整体也增大, 坝体顶侧和透水圆孔附近正负涡量间隔分布,强度逐渐增大。     

鱼道紊流特性研究进展

鱼道内的紊流特性对于鱼类能否顺利上溯洄游至关重要。为了解鱼道内的紊流状态,综述了丹尼尔式、竖缝式、组合式、涵洞式等鱼道内紊流流速、紊动能、紊流强度、雷诺剪切应力以及漩涡等紊流特性的研究进展,分析不同鱼道内紊流的分布规律及特点,指出鱼道中的紊流强度、紊动能等均会对鱼类对栖息地的选择以及鱼类通行造成较大的影响。此外,目前国内对鱼道内漩涡紊流特性的研究较少,建议对其深入研究,以改善鱼道内水力条件,保证鱼道有效运行。     

THREE-DIMENSIONAL MEAN AND TURBULENCE CHARACTERISTICS OF AN IMPINGING DENSITY JET IN A CONFINED CROSSFLOW IN NEAR FIELD

The three-dimensional mean and turbulence characteristics of an impinging density jet in a confined crossflow were numerically investigated using the RNG turbulence model. The comparison of the subregion structures and gross features between the numerical results and the experimental data show good agreement. The velocity, Turbulent Kinetic Energy (TKE) and concentration distributions of the impinging jet in near field were obtained and analyzed. The results indicate that the flow and concentration fields of the impinging jet in the crossflow exhibit distinguished three-dimensionality in the near field. There exist upstream wall vortices and downstream wall jet zones in the impinging region, and the TKE and concentration decays are asymmetrical in relation to the stagnation point. The lateral concentration distributionrange in the impinging region spreads considerably. The enhanced entrainment and mixing of the impinging jet in the confined crossflow are mostly associated with the impinging action and lateral expansion in the impinging region. The presence of the bottom wall restrains the formation of the spanwise rollers in the transverse jet region and vertical entrainment and mixing in the impinging region and the transition region.     

湍浮力射流形成区内特性的预报

应用作者所提出的数学模型和计算方法,对浮力射流形成区内的特性进行了预报。得出了形成区内中线流速、温度和湍动能的沿程变化,以及射流核的长度和掺入速度。也得出了流速、温度和湍动能在断面上的分布。并分析和讨论了出口条件及环境分层对这些特性的影响。     

鱼道水力特性研究进展

综述竖缝式、池堰式和涵洞式、丹尼尔式及组合式鱼道水力特性的国内外研究进展;对比分析水流流态、流速场特征、流量与水深的关系、紊流特性及消能率等几方面对不同鱼道的水力特性的影响;得出了竖缝式鱼道中无量纲流量与相对水深之间呈线性关系的结论,列出了池堰式鱼道中流量与水深的关系式;指出鱼道中紊流的紊动能、紊流强度及紊流结构均会对鱼道水力特性、鱼类对栖息地的选择以及鱼类通行造成较大影响;展望鱼道未来研究重心会逐渐集中于鱼道内紊流特性及其数值模拟的研究,尤其是紊流结构的研究。此外,不同结构形式鱼道内水力条件对鱼类通行的影响及改善措施亦将成为未来研究热点之一。     

NUMERICAL SIMULATION OF 3-D TURBULENT FLOWS OF PLUNGE POOL AND ENERGY DISSIPATION ANALYSIS

A 3-D numerical model for simulating the complicated turbulent flows was developed and the code was made. A numerical calculation of the plunge pool of Laxiwa project in China was carried on. Those 3-D distributions of velocity,pressure on bottom wall,turbulence kinetic energy and turbulence energy dissipation rate are revealed in detail and the detailed flow patterns of plunge pool were shown. By studying on the characteristics of turbulent diffusion and energy dissipation,the calculated results show that the major turbulence and energy dissipation are taken place near the axis of water jet. The calculated results also indicated that the calculated maximum impact pressures on the bottom wall of the plunge pool have a good agreement with those obtained by physical hydraulic model test.     

ADV技术测量圆射流流场紊动特性实验

利用 ADV(Acoustic Doppler Velocimeter)技术对静止环境条件下圆射流流场紊动特性进行了研究 .通过专门的 Win ADV系统分析软件获得了射流横断面上流速的紊动强度、偏斜度、平坦度及雷诺应力的分布 ,轴线流速紊动强度的变化和射流瞬时速度变化等紊动特性 ,并将所得成果与已有的国内外成果进行了比较     

COMPUTATIONS FOR PLANE TURBULENT IMPINGING JET IN CROSS FLOW

ＮＯＭＥＮＣＬＡＴＵＲＥａ1ａｎｄａ2　　　　ｃｏｎｓｔａｎｔｓｉｎ(14)ｂｈａｌｆｗｉｄｔｈｗｈｅｒｅｕ=ｕｍ2ｃ1,ｃ2ａｎｄｃμｃｏｎｓｔａｎｔｓｏｆｋεｍｏｄｅｌｓｆ1ａｎｄｆ2ｆｕｎｃｔｉｏｎｓｍａｒｋｉｎ(13)Ｈｔｈｅｄｅｐｔｈｏｆｔｈｅｆｌｕｍｅｆ?..     

推移质运动对清水和宾汉体泥浆湍流结构的影响

通过试验研究了清水湍流和泥浆湍流中加入推移质后时均流速分布、脉动强度、概率密度分布、相关系数、频谱密度分布等的变化.试验结果证明,清水和泥浆湍流中加入推移质后时均流速减小,时均流速梯度增大,脉动加强.泥浆过渡区湍流上部为层流,有流核,加入推移质后,上部层流转变为湍流,流核消失.分析证明,这是由于推移质运动增大了雷诺应力和时均流速梯度,因而增大了时均流动向脉动传递的能量的缘故,清水湍流中加入推移质后脉速概率密度分布偏离正态,偏态系数加大.泥浆湍流中加入推移质后相关系数降低,脉动的随机性增大.泥浆湍流的脉动能量集中于低频脉动.由于推移质也可以吸收低频脉动能来支持其运动,所以加入推移质后泥浆湍流的低频脉动能量降低,高频脉动能量增大.