应變式脈动流速傳送器

关于脈动流速的观測問題,在气流里面,已經圓滿解决;在清水水流里面,用速續摄影的方式,也得到了解决;在挾沙水流(渾水)里面,还没有很好地解决。为了适应我院关于挟沙水流和其他某些科学研究的需要,我組于1958——1959年,在我院党委和院行政領导下,貫彻执行党的教育方針,采取教师、学生、工人相結合的方式,試制成功应变式脈动流速傳送器梢员容^滿意地观测清水水流及挾沙水流(渾水)的脈动流速。本文对这种傳送器的结构和性能分别作了討論。另外,由于測量的需要,我們还試制了电子測量仪器,本文对这种測量仪器也作了簡单的介紹。     

CDL-79型超声多普勒流速仪

CDL—79型超声多普勒流速仪是量测浑水流速的仪器。主要用于泥沙运行规律的科学研究以及在水利工程、河道工程或港口工程模型试验中测量含沙水流流速。此仪器于1980年9月由水利部科技局委托西北水利科研所及成都科技大学主持鉴定。会议认为“此项多普勒超声流速仪结构简单,使用方便,换能器小巧、独特,使用合理。在高含沙水流测速方面具有国内先进水平”。     

明渠自掺气水流速度分布的试验研究

针对现有掺气水流速度实测资料较少，且测量结果存在较大差异，采用针式掺气浓度仪对自掺气水流的流速进行了实验研究，结果表明：明渠自掺气水流的速度存在一个自底面向水面方向不断增大，然后再逐渐减小的过程；依据测量所得的掺气浓度与流速资料，采用分段求和的方法得到的断面统计流量与实际流量的误差很小，表明测量结果是可靠的。将试验结果与前人的研究成果进行分析比较发现：掺气水流的速度分布与水流是属于部分掺气、完全掺气还是强烈掺气等有关。前人在研究掺气水流的速度分布规律时，之所以得出了不同的掺气水流速度分布规律。是由于掺气强度不同所致。     

高坝空中挑射水流流速量测方法和仪器的研究

本文介绍高坝泄洪消能空中挑射水流流速研究的目的和意义;介绍作者对挑射水流流量方法的选择,对量测仪器研制的经验和成果,包括测速原理、仪器方框图、电原理图及对测流计算机软件的要求等。此项研究成果为研究挑射水流运行规律提供了测试手段,填补了国内外这方面技术的空白。     

受堆积体影响的河道3维水流结构试验研究

通过水槽试验研究了河道在堆积体影响下的三维水流结构,采用ADV测量了堆积影响河段的三维流速,分析表明：断面纵向最大流速从堆积体段逐渐偏向右岸,且逐渐向河床底部移动,往下游又逐渐上升并恢复至天然状态。主流受收缩加速影响,越过堆积体后,呈水跃流态。受堆积体挤压流路和水流惯性的影响,主流流速在靠近堆积体略下游位置出现最大值。横向流速在堆积体段出现了正负值交替,某一水深处的流速为零,在该水深的上层,水流偏向堆积体岸流动,在该水深的下层,水流偏向右岸流动,上下层水流出现了反向流动,同时垂向流速在堆积体段也出现了正负值交替,表明在试验段水流呈类螺旋流流态。受堆积体作用,水流从表层到床面不等宽收缩,在堆积体段水流呈逆时针螺旋流与纵向水跃交互作用,水流呈复杂的三维状态。     

泥沙起动特性测试仪研制

根据泥沙起动特性理论,制作了泥沙起动特性测试仪,该仪器可测量水流流过泥沙表面时水流速度和泥沙浮起量的函数关系.仪器采用步进电机实现水流速度的精确调节,自制变光型浊度传感器测量浊度,开发了简洁实用的PC机操作界面,仪器具有功耗小、成本低、一体性好、操作简单等特点.     

用PIV测量含淹没刚性植物明渠水流流速场

含植物河道流速的分布很复杂,植物的种类、刚度特性、分布情况以及高度等都将影响到河道水流流速分布.目前,对含有植物明渠流流速分布的研究大多是逐点测得的过流断面上垂线沿流向的纵向流速分布,极少有人对含有植物明渠流的全场流速进行有效的测量研究.为了准确把握含植物河道水流的流速分布,对含植物河道水流进行全场的流速测量显得尤为重要.叙述了采用现代先进的测试手段,用标准PIV测量含淹没刚性植物明渠水流沿流向垂直平面内的流速场分布规律,以期能给人以新的认识.     

高海拔寒区隧道洞外排水管道出水口临界流速分析

高海拔寒区隧道排水管道出口防冻设计是隧道排水系统设计的重要组成部分,为保证寒区排水沟出口冬季不堵、排水通畅,有必要对其排水管道水流临界流速进行预测。考虑埋地深度、水的热量损失,建立了排水管道热流量理论计算模型,得到了洞外排水管道水流临界流速的计算公式,得到水流临界流速并分析了外界环境温度对临界流速的影响。结果表明：理论计算得到的水流临界流速比较接近模拟得到的水流临界流速;外界环境温度对排水管道出水口临界流速的在一定温度范围内呈正相关。     

水流紊动流速传感器

本文所介绍的传感器,是利用贴有应变片的弹性元件,在紊动水流中产生受迫振动,输出与水流紊动成比例的讯号。这种传感器可以在清水中,又可以在含沙量高达700公斤/米~3的水流中测量水流紊动流速。传感器的测量范围,大约为(2—180)厘米/秒。利用这种传感器可以测山水槽中任一点任一时间间隔的脉动流速,而且还可以在以秒计的短时间内测出水槽中沿垂线的断面流速分布,显示出时均流速的分布规律和紊动强度的分布特征。曾从不同的角度采用多种实验方法来验证,证明所测记录确实代表水流的紊动流速。这种传感器的主要弱点,是在水中测量时,或多或少地要影响水流的原有状态。     

单圆柱桥墩绕流流场试验研究

通过单圆柱桥墩绕流现象观测,结合观测水流流态、测定水位、流速等,研究单圆柱墩周围三维水流变化规律,以及单圆柱桥墩的水力学特性.结果表明:随着来流的增大,圆柱周围各点流速明显增大,圆柱后水流扰动更加剧烈,横向绕流更加明显,但绕流宽度逐渐减小;在恒定的来流流速下,水流在墩前壅水处流速减小,桥墩两侧流速急剧变大,墩后流速减小,流向不规则,并伴有漩涡出现.距离桥墩越远,水流流态越平顺;一定的来流流速下,自圆柱处开始,横向水流流速先增大而后减小,垂向流速也是先增大后减小的趋势;无论平面还是垂向,河道流速越大,绕流流程相对越长.     

山区宽窄相间河道渐扩渐缩局部区域水流运动特性试验研究

河宽渐变是天然河道的普遍形态特征。基于室内概化试验,采用声学多普勒流速仪（ADV）测试分析了宽窄相间河道渐扩渐缩局部区域水流运动特性。试验表明：河宽变化影响着水流运动特征,如渐扩区域时均流速、断面环流中上部流速逐渐减少,而渐缩区域呈现相反的趋势。此外,宽窄相间不同水深区域均出现水流分离区,渐缩区域受壅水影响,流速分布趋于均匀化。     

瓜渚湖直江引水对通航影响的数值计算和分析

利用二维河流数学模型对管墅直江引水进行了通航的影响计算,分析表明,工程按照设计取水流量运营时,原航道的最大横向水流流速、纵向影响流速、纵向回流流速均满足规范要求,当取水口突然停止运营,取水口所在河汉内回流的最大流速为0．06m／s,对运河航段水流影响不明显;取水口运行时计算航段内水位最大差值约0．03m,对附近运河水域水位影响很小,对航道水深及往来行船安全无影响．     

弯曲型河道水流流速分布及阻力试验

弯曲型河道水流运动规律及阻力特性在水利工程许多领域中占有十分重要的位置.对正弦派生曲线、梯形断面的连续弯曲型河道开展了物理模型试验,采用日本ACM2-RS型X-Y方向2轴电磁流速计对水流流速进行了测量,并对水流阻力进行了分析.结果表明,弯顶水流纵向时均流速分布接近抛物线型,最大流速点位于上部水面以下,整体上大下小,而顺直过渡段水流纵向时均流速分布最大流速点位于底部,整体上小下大;弯道段纵向垂线平均流速横向分布沿程依次为自由涡、均匀流及强迫涡分布;弯顶中垂线水流横向环流随流量、水深的增大而增大,零流速点的相对水深值大致在0.4～0.6范围以内;弯曲型河道水流阻力系数随着过水断面平均水深、水力半径的增大而增大,随着过水断面宽深比的增大而减小.     

刚性双层植物河道水流垂向流速分布试验研究

天然河道中植物高低不等,为了研究在淹没条件下含刚性双层植物河道的水流流速垂向分布规律,试验在矩形平底水槽中,采用PVC圆柱棒对刚性植物进行模拟,用三维多普勒超声测速仪(ADV)对流速进行测量,分析在两种不同高度植物存在的情况下流速的变化规律。试验结果表明:(1)高棒之后区域的流速分布曲线存在4个拐点,分布曲线分为5个部分,各部分水流特性各不相同。(2)短棒之后的区域的流速分布曲线存在3个拐点,分布曲线分为4个部分。这两个区域的流速分布曲线的形状在短棒之上、高棒之下的部分有所不同,其他部分大体相似。(3)短棒之下的水流速度大小不尽相同,但在高棒之上的水流流速分布逐渐收敛于一条对数曲线上,高棒之上的水流流速分布符合无植物水流水面附近的流速分布情况。     

光纤、激光深孔表面粗糙度检测仪

檢測深孔表面粗糙度,迄今國内外尚是一个沒有完全解决的问題,本文敘述一种根据光的反射原理,利用激光、光导纖维及集成电路等技术研制的“光纤、激光深孔表面粗糙度檢测仪”。对孔径为φ3毫米以上的小孔,可測量的最大深度为200毫米,对孔径大于φ100毫术的孔,可测量的最大深度可达10米。本仪器既可测量內表面也可测量外表面;既可作静态测量,也可作动态测量。经陕西省计量测试研究所檢定,國家计量研究院复测,本仪器相对不稳定度为±3％,分辨率为0.02μm。     

淹没树状植被水流速度分布规律研究

对淹没树状植被水流速度分布规律进行研究,建立了流速解析解模型,模型先将植被水流划分为树干层、树冠层和自由水层,然后将树干层再细分为近床面区和掺混区。研究结果表明,近床面区纵向速度垂向上接近定值;掺混区处于与树冠段交界处,水流紊动剧烈,纵向流速表现为随水深增加而降低。基于Boussinesq涡流粘度理论,采用二阶变系数线性微分方程求解方法,得到树冠层纵向流速垂向分布公式;该层流速与植被直径紧密相关,当植被直径增加时流速减少,当植被直径减少时流速增加。自由水层则直接引用经典对数律流速公式,流速与水深是对数关系。实验结果表明,模型计算值与实验测量值吻合良好,表明模型是合理有效的。     

郑济铁路山东段跨黄河特大桥对通航条件的影响

桥梁的修建不可避免会对通航航道产生一定程度的影响,为保证船舶航行安全和桥梁自身安全,分析桥梁修建后对航道的通航条件影响是有必要的。以郑州至济南铁路山东段跨黄河特大桥桥区河段为研究对象,利用MIKE 21建立了平面二维水动力数学模型,计算分析了该河段桥梁处航道尺寸以及最低通航水位和最高通航水位条件下桥梁对附近通航水流条件的影响。结果表明:桥梁修建后,河道水深、航宽、通航孔净高都满足Ⅳ级通航标准;桥梁修建后对桥梁附近区域水流要素有一定影响,即在桥墩附近,随着水流流速的增加水深减小;在桥墩上游,水流流速稍减小,漫滩流速增加;在桥墩下游,随着水流流速的减小水深增加,但变化值比较小,水深能够满足通航条件。     

港珠澳大桥沉管隧道合拢口水动力条件数值模拟研究

港珠澳大桥海底隧道采用沉管法施工,最终接头安装前会在两节沉管中间形成合拢口。龙口往往形成水流集中、流速急剧增加的现象,给最终接头的安装施工增加一定难度。本文通过建立沉管合拢口局部水域的3维水流数学模型,模拟了“水下龙口”区域特有的水流结构,分析了龙口水流流速与珠江口径流、潮差的相关关系。数值模拟研究结果表明：合拢口纵断面流速分布具有“表层大、底层小,落潮大、涨潮小”的分布特点;同级别径流条件下龙口水流随潮差的增大而增加,相同潮差条件下龙口水流会随上游径流量的增大而增加;最终接头安装使用的起重船距离龙口仅30 m,船头挑流作用使得龙口西侧局部水域流速急剧增加,但对龙口区域的水流条件影响较小。根据沉管合拢口区域的水动力条件数值模拟结果,论证了最终接头安装施工期间的外部水情条件与对应的时间窗口,为港珠澳大桥沉管隧道的最终贯通提供了技术支撑。     

基于Flow-3D软件的消能池三维水流数值模拟

基于Flow-3D软件,采用RNG k-ε三维水流数学模型、VOF方法和单相流体模拟消能池水流流动,应用GMRES方法求解离散方程.根据设计提出的闸下三级消能池方案,不仅验证了水闸的泄流能力,还计算了消能工况水流条件下消能池的水流情况,并且结合水工模型试验具体分析了消能池中的水流流态、流速分布、水面线和消能率等水力特性.结果显示计算的泄流能力、水流流态与模型试验的非常接近,流速和水面线的吻合度也很高.计算结果还提供了Fr值、紊动能分布图和流速矢量图,比较全面地反映了三级消能池的水流和消能情况,同时也表明该软件模型具有可行性与实用性.     

复合明渠中非淹没刚性植被扰流现象实测研究

为了研究天然河道中非淹没刚性植被对水流的影响,对实验室水槽进行了加工,使其单侧具有二级漫滩,另一侧为主槽,并将刚性植被(用玻璃棒代替)布置在漫滩上,设置了三种典型工况(植被平行和交错排列、无植被的情形),利用三维激光多普勒测速仪(3D-LDV)等仪器进行测量,并对结果进行了分析和比较。结果表明,具有漫滩的水槽中,漫滩上刚性植被对整个水槽水流流速、水位分布及水头损失均有较为显著的影响。