异重流潜入现象探讨Ⅱ:浑水水槽实验与分析

在上篇回顾异重流潜入现象研究中前人水槽实验情况和理论分析成果的基础上,本篇首先对浑水水槽实验测得的潜入点上下游沿程断面上的流速分布、含沙量分布及浑水潜入形成异重流的交界面曲线等数据进行分析,求得不同进槽流量、含沙量的进口水沙条件下潜入点处的密度Froude数Fp判别值;其次考虑潜入点Fp与其下游异重流水深hd等因素的关系,进行水库和引航道异重流潜入的理论分析,应用能量方程、动量方程分析得到忽略掺混的4种Fp与hd/hp的表达式,并与实验数据作比较,两者较接近;再将以往各学者的理论研究Fp的表达式略作推演,获得同本文推导公式近似或相同的公式,以便同本文实验资料进行比较。     

无黏性土堤漫顶溃决口门形态变化试验

堤防溃决发展过程及口门形态变化的正确描述是及时科学地对溃口进行封堵并对决口后洪水演进过程准确预测的重要依据.考虑到堤防漫顶溃决过程与溃决时河道水力条件、堤防型式、材料组成等因素有关,就外江河道存在水流流动的无黏性土堤溃决溃口的发展过程及口门形态的变化规律进行了水槽试验探索.研究结果发现,河道洪水位或内外江水位差是影响溃口展宽发展的最重要因素.河道洪水流量在堤防溃决初期对溃口的发展影响不大,但溃口的最终宽度和深度随洪水流量的增大而增大.对于试验中采用的无黏性土堤材料,颗粒越粗,漫顶溃决初期溃口发展越快,稳定后的溃口最终宽度却越小.另外,试验还给出了无黏性土堤漫顶溃决溃口的最终形态,如内外江侧溃口宽度比、溃口顶部与底部宽度比以及溃口深度与宽度比等.     

风浪要素数值实景监测的设计与实现

运用现代数码技术,设计了风浪要素数值化实景监测,对近距离局域风浪进行非入侵式自动图像监测与风浪数值信息提取.在设计中采取不同于常规风浪遥感散射回波反演的方式,通过人机互动,应用相似性搜索判别原理,实现了风浪场中波峰线的自动识别与绘制,并以此为基础进行实况分析与运算,获得波长、周期、波速、波向、波龄以及波高、波陡等各项要素的统计值.针对波高与其他波浪参数无直接解析关系式问题,依据风浪非线性动力统计特性的谱模型,建立了波高逆运算函数方法,通过实验调试参数由实景监测的波长推导出波高等风浪结构要素.经实验室及室外自然条件测试,该监测系统能给出合理的观测时段的风浪要素统计特征值.     

武汉天兴洲公铁两用桥2#浮运围堰施工期局部冲刷试验研究

通过武汉天兴洲公铁两用桥2^#浮运围堰下沉模拟试验,分析了在浮运围堰下沉期间不同阶段围堰周围水流流速、紊动强度及河床局部冲淤情况．针对浮运围堰下沉期间的水流及河床地形等条件,对浮运围堰下沉时河床局部冲刷深度进行了预测,试验预测结果与实测资料较为吻合．     

高能量密度水冷电机冷却系统设计与热力计算

针对采煤机用高能量密度电机体积小、功率大、发热严重的特殊结构和应用场所,对该电机冷却系统进行了设计,提出了定子机壳内"S"型水槽的设计观点,并在此基础上运用流体对流换热的相关原理对其进行了热力计算,结果表明该设计方案散热效果良好。     

双凸极永磁电机两种斩波控制方式的比较

三相六状态控制的转子斜槽式双凸极永磁电机通常采用单斩PWM调制方式。但传统的只斩桥臂上管或只斩桥臂下管的单斩方式会造成桥臂上下功率管损耗的不同，加大了散热设计难度。提出一种改进型单斩PWM调制方式，对桥臂上下管进行轮换单斩，保证了每个开关管损耗的一致性。两种单斩PWM调制方式的分析对比及系统实验结果表明：改进型轮换单斩上下管的PWM调制方式确保了上下管损耗的一致性，克服了传统单斩方式使功率控制器存在局部热点的缺陷，提高了系统效率，具有较高的可靠性。     

连续微弯弯道水力特性试验及模拟研究

为了研究河流的连续微弯弯道水力特性,通过建立曲折系数为1.07的连续弯道模型进行试验,并利用Reynolds应力模型进行模拟计算,从水面线、流速场、弯道环流及强度等方面研究了小曲折系数连续弯道水力特性。结果表明:Reynolds应力模型能够较好地模拟连续弯道水流;在同一断面,近凸岸的纵向流速垂线分布接近对数流速分布,近凹岸的纵向流速垂线分布呈随相对水深增大而先增大后减小的规律,呈现“凸肚”形;在弯道环流方面,呈现非对称的双环流结构;水面和槽底处的环流强度大于水体中部,凹岸的环流强度大于凸岸的环流强度。成果为研究小曲折系数弯道的河流水力特性提供了借鉴与参考。     

刚性植物对波高衰减和水流结构的影响

为了研究植物的消浪能力及对水流紊流特性的影响,开展室内水槽试验,用木棒模拟刚性植物,分析了5组植物区布置方案和4组波要素条件下的波高衰减和水流结构。结果表明:植物密度对波高衰减具有显著影响;波浪通过植物区时波高衰减的速率逐渐减小;在同等植物特征条件下,短波比长波衰减幅度更大;植物区内的拖曳力系数CD与低科勒冈-卡朋特(Keulegan-Carpenter)数KC之间存在二次函数关系,CD随着KC的增大而减小,且变化速率呈变缓的趋势;波高和植物密度的增大会引起植物区内部紊动能量ETK的增大;完全淹没植物条件下的ETK大于不完全淹没条件下的ETK;在完全淹没植物的影响下,从底面至水面ETK呈先增大后减小的规律,并在植物冠层处达到最大值。     

非均匀推移质瞬时输沙率试验研究

推移质输沙率是泥沙运动力学的重要内容。目前,推移质输沙率的研究大多集中于时均输沙率,对瞬时输沙率的研究则相对较少。首先,介绍了Ballio提出的均匀沙瞬时输沙率的计算方法,对其进行推导得到非均匀沙瞬时输沙率计算公式;其次,通过非均匀沙水槽试验中得到不同颗粒泥沙的瞬时运动速度,代入改进的Ballio输沙率公式中,计算得到瞬时输沙率;然后,采用定义方法计算瞬时推移质输沙率,并与Ballio方法进行比较,结果表明两种方法得到的推移质瞬时输沙率较为接近,说明采用改进的Ballio方法计算非均匀推移质瞬时输沙率是可行的。同时,通过大量试验,揭示了非均匀推移质瞬时输沙率在时间上不稳定性、在空间上不均匀性以及运动过程中间歇性等特性。     

明渠砂质床面桩柱冲刷与导流防护试验研究

为了研究明渠砂质床面桩柱冲刷的水沙动力机理,分析极限平衡冲刷深度和范围随水流雷诺数的变化规律以及抗冲刷导流防护措施的效果,利用动床模型水槽试验,再现了桩柱周围局部床面从平整发展到冲刷坑的发育过程,测量了各工况下冲刷坑的形态参数,并利用PIV技术观测粗颗粒泥沙局部悬扬运动。结果表明:桩柱冲刷范围(相对于桩径D)随雷诺数ReD增大呈减小趋势。当雷诺数ReD在4 500~18 000之间变化时,冲刷深度变化范围为2.4D~1.3D,冲刷坑半径变化范围为4.5D~2.5D。砂质床面桩柱冲刷除存在显著的推移质运动外,还存在局部粗泥沙颗粒悬扬,且悬扬输沙的范围和强度随冲刷坑发展而强烈变化。在桩柱后方设置导流板能够有效抑制柱后卡门涡街的生成,桩后冲刷深度最大减小幅度为27.7%,但对柱前冲刷深度的影响不大。