矩形断面明渠流速分布的研究及应用

通过对矩形断面明渠流速分布的理论分析与试验研究,建立了明渠沿垂线流速的分布公式和沿横向流速的乘幂函数分布公式以及相关系数的确定方法。经不同水槽、渠道流速资料的验证,表明提出的明渠流速分布律与实际分布特点一致,测点流速相对误差比较小,可以很好满足明渠流量测量的精度要求。在此基础上提出了对明渠渠道进行流速、流量连续测量的计算方法,对简化明渠测流工作量、提高明渠测流精度具有实际应用价值。

饱和多孔介质流固耦合渗流的数学模型

将基于多孔介质的有效应力原理引入流固耦合渗流中 ,并根据平衡条件得出了应力场方程 ;充分分析流固耦合渗流的物理特性 ,建立起孔隙度和渗透率动态模型 ;依据流体力学连续性方程 ,考虑流固耦合情形下多孔介质骨架变形特性和流体的可压缩性 ,得到了孔隙流体的连续性方程 ,即渗流场方程。在以上诸方程的基础上辅助以定解条件 ,建立起了完备的饱和多孔介质流固耦合渗流的数学模型。本文还对模型进行了简化分析 ,并与经典一维固结理论作定性对比 ,分析表明 ,经典的固结理论可认为是本文模型的一种简化。

计算黄河干流生态环境需水Tennant法的改进及应用

为弥补Tennant法不能反映河流多沙特性和流量季节特性的不足,本文在原Tennant法的百分比系数中引入了环境比降和季节系数,对Tennant法进行改进。改进后的Tennant法应用到黄河下游三门峡至利津等站。应用结果表明:改进后的Tennant法能够保障平原区河道的河流形态及河流生物栖息地存在和发展;同时,改进后Tennant法求得的流量更好地体现了研究河段流量丰枯的季节性;结果印证了黄河是主要靠降水补给的河流,其生态环境和降水具有丰枯同步的相关性。改进后的Tennant法能适应地形多变、流量季节性变化的河流,拓宽了Tennant法的适用范围。该文的研究为Tennant法适用于有特殊要求河流的改进提供了一个新的思路。

基于T/P资料分析南海海面风、浪场特征及其关系

本文以T/P卫星高度计提供的海面风、浪资料为基础,利用自然正交函数对南海海面风、浪场进行展开,然后找出统计上显著的几个典型场,探讨南海海风、浪场的时空分布特征及其关系。分析结果显示,南海海面风、浪场的第一、第二模态具有很好的相似性,第三模态却表现出明显不同的特征,这一结果可以很好地反映南海海面风、浪场间的关系,从而为海浪场的经验预报和分析提供参考。

河滩种树对行洪影响试验研究

对宽滩和窄滩河槽的过流能力以及滩地种树的的漫滩水流水力特性进行了研究表明:像珠江三角洲网河这样的窄滩复式河槽,滩地种树对水位的影响不大,也不会影响滩地的槽蓄滞洪作用;但种树使滩地水流归槽,主槽流速增大;滩地种树的利和弊及对行洪的影响是多方面的。

自振空化射流冲击压力脉动特性实验研究

自振空化射流是利用瞬态流和水声学原理调制而成的一种新型射流,本文研究了自振空化射流在常压及围压下的压力脉动特性及其参数影响规律。研究结果表明,在实验条件下各种风琴管喷嘴的压力脉动存在最优喷距,无因次最优喷距都在8～14范围内,风琴管自振空化射流的冲击压力脉动峰值和脉动幅度分别比普通喷嘴高37%和24%;最大脉动幅度并不出现在射流轴心,而是偏离轴心一段径向距离;随着围压的增加,脉动峰值压力随着喷距的衰减速度明显加快,而脉动频率基本不随围压、压降和喷距的变化而变化,保持在1.38KHz左右。

有压输水管道系统含气水锤防护研究

本文通过在有压输水管道系统安装空气阀对含气水锤防护进行了实验研究和数值计算。研究表明,在有压输水管道顶端安装空气阀可明显地减轻管道中的正压冲击、降低负压,安装空气阀较没有安装空气阀其最高压力降幅达84%左右、最大真空度降低60%。空气阀进、排气时的流量系数对其压力影响十分明显,在保持较高的空气阀进气时的流量系数Cin的情况下,应尽量降低排气时空气阀的流量系数Cout。

气液两相流理论在明渠水气界面计算中的应用

采用一维水面线计算方法确定断面和比降频繁变化、同时受下游回水影响的渠道水气界面位置往往产生较大误差。本文采用了两相流理论中三维相间界面计算模型—— VOF模型模拟计算断面和比降频繁变化、受下游回水影响严重的渠道水气界面。实例资料的验证表明 ,VOF模型可以完全考虑渠道在三维空间上的变化以及下游回水的影响 。

基于多块混合网格的RANS方法预报螺旋桨敞水性能的研究

结合RANS方程和RNG k-ε湍流模型,运用结构化-非结构化多块混合计算网格对螺旋桨敞水性能进行了预报,并将预报所得的敞水性能及尾流场与桨模的试验值进行了比较。结果表明,该文所用方法对不同叶数、不同侧斜度的螺旋桨模型敞水性能的预报具有很高的可信度,该方法对螺旋桨尾流场的预报也能与试验值基本符合,能达到工程应用要求的精度。

圆柱型灌水器迷宫式流道内部流体流动分析与数值模拟

要想设计出高性能的滴灌灌水器必须对其内部流动机理有一个全面的了解,迷宫式流道狭窄且边界极为复杂,原型试验在技术和经济上都比较困难,常规手段难以满足流场测试要求,基于计算流体动力学理论的数值仿真研究流道内部流体流动问题是一种行之有效的方法。通过对迷宫式流道内部流体流动特性的分析,构建了表征迷宫式流道内部流动的数学物理模型;对所选取的目前中国农业灌溉领域最为典型的三种圆柱型灌水器,借助FLUENT6.1 CFD流场软件分析平台实现了流道内部流速分布、涡量分布、紊流强度分布等流动特性的可视化,为新型灌水器流道研制提供一定理论基础。

采用PIV研究离心泵转轮内部瞬态流场

数字式PIV技术可以在瞬间记录下整个测量断面内的信息 ,从而为解决水泵转轮内非定常流动的难题奠定了良好的基础 ,代表着水力机械内部复杂流动测试技术的方向。本文将二维数字式PIV系统成功地应用于清水离心泵实验台 ,对一改型后的离心泵转轮内的瞬态流场进行了成功测量 ,测量结果充分表明了离心泵转轮内部流场的瞬态结构和非定常性。

台阶式溢洪道滑行水流压强特性的试验研究

模型试验表明,台阶式溢洪道滑行水流压强在台阶上的分布规律是:在水平面,压强从台阶凹角向凸角先逐渐减小,其最小值在距凹角(0.3～0.5)倍步长处,然后开始回升,至(0.7～0.9)倍步长处压强升至最大,在凸角处又有所降低。竖直面,从凹角向上压强值由大逐渐减小,在步高为(0.5～1.0)范围内为负压区,负压值沿高度方向逐渐增大,至凸角下缘负压值最大。在沿程方向,压强呈波浪式分布,在相邻台阶上出现波峰和波谷。脉动压强强度和压强系数的变化规律与时均压强一致,且随来流量和台阶坡度增大而增大,在x/Lt≤0.4～0.5以前脉动压强强度沿程增大,随后有所减小。脉动压强的优势频率在0～2Hz之间,概率密度为偏态分布。

返回舱水上冲击特性的试验研究与理论计算

本文通过相似缩比模型的撞水试验 ,得到了返回舱水上降落时的冲击载荷与入水深度 ,并用理论分析的方法对返回舱的水上冲击特性进行了计算 ,证实了理论预报的可行性。

二维PIV图像处理算法

在二维 PIV的图像处理中 ,本文从互相关技术出发 ,建立了相应的连续两幅图像之间的粒子对应方法 ,提出了误对应速度向量的判断和消除准则。通过粒子的标定、粒子的对应、误对应粒子速度向量的判断和消除等步骤建立了相应的二维射流的 PIV图像处理方法。利用日本可视化协会 (VSJ)提供的二维射流标准图像的处理 。

径流与潮流对长江口泥沙输运的影响

本文首先建立了一个一维水流、二维泥沙数学模型，以长江口南港北槽为实际背景，研究了径流和潮流共同作用下，泥沙输运的规律；讨论了泥沙近底边界条件，认为非恒定情况下泥沙底边界条件应考虑沉降效应。分析了径流和潮流的不同组合，对长江口泥沙输运的影响。同时，对长江口实施整治工程后航道的变化进行了预测。

土石过水围堰过水期最不利工况及其流量确定

本文系统分析了影响土石过水围堰溢流工况的主要因素 ,提出衡量最不利工况的指标和确定最不利流量的方法 ,为土石过水围堰堰体下游护坡结构及消能防冲设施设计提供了理论依据。通过理论计算结果与模型试验现场观测资料数据对比分析 。

计算流体力学在纵向式公路隧道火灾通风中的仿真

隧道一旦发生火灾 ,如果处理不当 ,将造成严重后果。为了预防和控制隧道中的火灾 ,必须研究烟气在隧道中的流动 ,进行数值仿真是一条简洁有效的途径。随着国外在计算流体力学 (CFD)的兴起与发展 ,为这一问题的研究提供了可能。鉴于此 ,本研究以京珠高速公路粤境南段隧道工程为工程依托 ,采用计算流体力学的研究方法进行通风仿真 。

阶梯溢流坝自由表面掺气特性数值模拟

阶梯溢流坝作为泄水建筑物早已出现。实践发现,经过阶梯溢流坝的水流可以大量卷吸空气,从而增大水体的含氧量,因此可以利用它作为水体复氧、改善水质的措施。但对于阶梯溢流坝复氧能力的理论分析至今尚未见报道。本文引入水气两相流模型,用k ε紊流数学模型模拟计算了阶梯溢流坝自由表面掺气的特征量。计算结果与试验资料进行了对比,结果表明,计算值与实测值吻合良好,可以认为本文的数值模拟方法是可行的。这将为阶梯溢流坝复氧能力计算以及从理论上得到阶梯溢流坝的最佳布置形式提供理论基础。

钱塘江河口潮波变化过程

20 0 0年 9月 ,组织实施了钱塘江河口潮涌同步观测 ,获得潮波变形过程的完整资料。潮波穿过杭州湾 ,潮差大幅增加 ,自湾顶澉浦开始 ,河床溯源抬升 ,在浅水效应影响下 ,潮波变形加剧 ,进而形成涌潮。形成以后 ,因涌潮后潮波仍处涨潮状态 ,指向上游的特征线聚集 ,涌潮高度与当地潮差的比值继续增大。涌潮逐渐成为整个涨潮波面。随后 ,因涌潮后潮波已进入落潮阶段 ,特征线分散 ,涌潮渐弱 ,潮位曲线出现双峰 ,且延伸相当距离。

泄洪洞反弧段下游侧墙掺气减蚀试验研究

龙抬头明流泄洪洞采用常规的底部掺气设施,容易在反弧末端下游附近侧墙处形成掺气盲区,从而导致该侧墙的空蚀破坏,反弧末端下游侧墙是龙抬头明流泄洪洞掺气减蚀设计的重点和难点。文中通过大比尺的模型试验,系统分析了侧墙贴角及边墙突扩两类反弧末端侧向掺气设施的水力掺气特性,试验表明,这两类侧向掺气设施均能有效消除反弧末端下游附近侧墙上的掺气盲区,达到减免侧墙空蚀的目的。