基于添加粘度抵消项的MRT-LBM对高雷诺数流态的研究

该文探究了添加粘度抵消方法(viscosity counteracting,VC)的多松弛格子玻尔兹曼方法(multiple-relaxation-time lattice Boltzmann method,MRT-LBM),即MRT-VC方法可以模拟的最大雷诺数.首先,模拟了经典二维顶盖驱动方腔流来验证模型的准确性,重点分析了雷诺数为5430和7000的流场,并分析了方腔流流场、涡心坐标、轴向速度和速度空间图谱.其次,随着模拟雷诺数的增大,流场内旋涡的数目逐渐增加,且流动依次呈现出稳定流、周期流、不完全混沌流、混沌流等状态.从稳定流到周期流的临界跃迁雷诺数在10000-12500之间,周期流到不完全混沌态流的临界跃迁雷诺数在45000-50000之间,不完全混沌态流到混沌流的临界跃迁雷诺数在95000-100000之间.

改良剂作用下盐碱土水盐运移试验研究

为研究不同改良剂对滴灌条件下盐碱土中水盐运移的影响,通过室内双点源土柱入渗试验,探究在相同滴头流量(0.3 L/h)不同改良剂条件下,土柱中湿润峰的变化及湿润体内水分和盐分的运移情况。研究结果表明:改良剂的添加对水分的减渗作用明显,尤其是采用施用量为1.0 g/kg的腐殖酸处理的土壤,垂直湿润锋最深到达距地表11 cm处,较不添加改良剂的对照组小了9 cm;改良剂显著增加了湿润体平均体积含水率与脱盐率,与对照组相比,采用施用量为1.0 g/kg的腐殖酸处理的土壤湿润体平均体积含水率提高了28%、脱盐率提高了20%;采用施用量为1.0 g/kg的生物菌处理的土壤平均体积含水量提高了4%、脱盐率提高了15.1%。在相同滴头流量下,虽然经施用量为1.0 g/kg的腐殖酸处理的土壤湿润体平均体积含水量最高、脱盐率最好,但湿润体最小、脱盐范围最小且会产生地表积水,从而造成水分的浪费。综合来看,采用施用量为1.0 g/kg的生物菌改良的土壤比较适合宁夏南梁农场种植油葵、玉米等扎根较深的耐旱作物。

透水丁坝对不同曲率弯道内三维水流结构影响数值模拟研究

透水丁坝相较于传统丁坝,具有更加卓越的稳定性,安全性,可靠性,因此在绿色航道推广中得到重视,研究的目的在于对比不同曲率河道内三维水流结构变化,进而为不同曲率河道治理提供依据。研究采用数值模拟与实测相结合的方式,对3种湍流模型进行比选和验证,Standard k-ε,RNG k-ε,Realizable k-ε三种湍流模型内岸模拟流速和实测流速相关性系数均低于外岸,RNG k-ε湍流模型实测流速和模拟流速相关性系数最高,最终采用RNG k-ε模型对90°和180°弯道模拟,并对三维流线,流速,床面剪切,水面线分析。结果显示丁坝下游回流区涡轴线受垂向和径向速度梯度影响出现不同程度倾斜,水流撞击2号丁坝在丁坝之间产生两个相反方向的涡,这将对透水丁坝群结构稳定形成威胁但同时也会防止大量泥沙在透水丁坝之间淤积,保证透水丁坝在使用过程中不至于丧失透水性。河道曲率增大导致强剪切层向内岸迁移,180°弯道内出现两个强剪切层,这将导致河床向阶梯型演化,对于曲率大而且狭窄的山区河道在布置透水丁坝后要对内岸侵蚀效果评估,防止强剪切层迁移对内岸构成威胁。水面线呈现内低外高的现象,且在x/L=0.48~0.5的范围里内外岸水面线差值最小,水面出现凹陷。

不同地下水埋深对龟裂碱土水盐迁移和油葵产量的影响研究

为探讨龟裂碱土不同地下水埋深对土壤水盐迁移的影响及其变化特征,对宁夏银北前进农场龟裂碱土试验区0.8、1.0、1.2、1.5、1.8和2.0 m共6种地下水埋深下的土壤含盐量、含水率、地下水矿化度进行了原位监测,结果表明:土壤全盐与地下水埋深呈指数关系,土壤全盐与地下水矿化度呈明显的线性正相关。土层0~100 cm土壤不同地下水埋深条件下土壤全盐和碱化度变化为0.8 m>1.0 m>1.5 m>1.8 m>2.0 m;1.5 m地下水埋深是土壤水盐变化的转折点,地下水埋深0.8~1.2 m下各土层的全盐和含水率均较高。地下水埋深1.5~1.8 m土壤水盐变化较小。地下水埋深0.8、1.0和1.2 m的田块油葵出苗率、成活率、株高、茎粗、盘径和产量显著低于地下水埋深1.5、1.8和2.0 m的田块油葵。油葵适宜在地下水埋深1.5~2.0 m生长,地下水埋深1.5、1.8和2.0 m的土壤含水率、全盐和碱化度以及油葵出苗率、成活率、株高、茎粗、盘径和产量之间无显著差异。结果为龟裂碱土改良水盐调控提供依据,以及对干旱地区的环境保护和农业灌溉的发展具有重要的科学价值。

宁夏引黄灌区盐渍化土壤在改良剂作用下的水力特性试验

为了研究宁夏引黄灌区盐渍化土壤在施加有机改良剂和无机改良剂后的水力特性,选取宁夏引黄灌区典型区域进行土壤改良并进行种植试验。将改良后的土壤分5层取样在实验室中进行土柱入渗试验,利用压力膜仪和自循环达西渗流试验仪,测量了土壤含水率与压力水头之间的关系和渗透系数;根据实测数据,选取van Genuchten(VG)模型进行参数反演,对不同改良剂处理后各层土壤水分特征曲线进行了对比分析。研究发现:(1)各层土壤在水吸力相同时,施加不同改良剂后的土壤含水率一般大于对照组,而有机改良剂处理组要大于无机改良剂处理组;(2)改良后水分特征曲线及相应VG模型中的参数发生了较大变化;(3)有机改良剂处理后土壤容重有所减小,而无机改良剂处理后土壤容重变化不太明显;(4)不同改良剂处理后土柱中水分入渗的湿润锋推进速度和土壤渗透系数有不同程度增大,有机改良剂处理组增大幅度大于无机改良剂处理组。综上所述,不同改良剂对土壤容重、含水率、水分入渗速度及其他水力参数都有较大影响,说明改良剂在一定程度上改变了土壤结构。土柱试验及种植试验均表明,有机改良剂(牛粪和糠醛渣)处理组的性态要优于无机改良剂(脱硫石膏和粉煤灰)处理组。

含淹没柔性水生植被群的弯道水流特性PIV试验研究

为了研究淹没柔性水生植被对弯道水流的影响,采用水槽试验的方法,在U形弯道水槽凸岸的25°和45°附近布置相同种类的塑料草模型植被群,设置植被密度分别为密集和稀疏2种工况,采用自动水位测量系统和粒子图像测速仪(PIV)等仪器分别测量了在不同工况下植被附近及U形弯道水槽内水流的流速和水位,研究不同密度(株数/m^(2))的柔性水生植被对水流运动规律的影响。同时,利用测量结果对水位变化、水流流速分布、横比降变化、水头损失、水力坡降等规律进行分析。试验结果表明,弯道凸岸的水流在不同植被密度下各个断面(25°、45°、60°、90°、120°、150°、180°)的流速大小变化均呈先下降后趋于平稳的趋势;凹岸的水流在不同植被密度下各个断面的流速大小变化情况差异较大,在60°断面密集植被的流速小于稀疏植被的流速,同时在150°断面大幅度上升后再下降并在弯道出口处大于稀疏植被的流速;植被群增大水头损失和水力坡降,其中密集植被群影响最大。

复合改良剂作用下宁夏引黄灌区低洼农田盐渍化土壤改良效果研究

宁夏引黄灌区低洼地区地下水位较高,导致土壤出现严重盐渍化现象,而添加土壤改良剂是解决土壤盐渍化问题的一种有效途径。为研究不同改良剂对宁夏引黄灌区低洼区域盐渍化土壤改良效果,在位于银北地区南梁农场的一块地势低洼的盐渍化耕地,选用不同改良剂进行改良试验。设置对照组、单一施用糠醛渣、单一施用脱硫石膏、复合施用糠醛渣+脱硫石膏及不同用量,共10个处理组,将研究区域分成若干小区,每个小区施用不同处理组改良剂,并种植油葵作物,比较分析不同处理组下油葵生长指标和产量及油葵收获后土壤全盐量、各盐分离子、pH,探究该区域盐渍化土壤的最优改良方案。结果表明,在表层土壤,施用糠醛渣+脱硫石膏复合改良剂后全盐量下降较为明显,低、中、高3种不同施用量下与对照组相比盐分含量降低了10.44%、10.14%、0.88%,单一施加脱硫石膏和糠醛渣一种改良剂盐分降低不明显。总体而言,施用糠醛渣+脱硫石膏复合改良剂对降低土壤全盐量、钠吸附比和提高作物产量效果较为显著,糠醛渣与脱硫石膏的最佳配合比为7:3,最佳施用量为17960 kg/hm^(2)。

U型弯道内L型丁坝群对不同水位水流水力特性影响试验研究

弯道影响通航的同时,易造成水土流失、河床淤积等现象。L型丁坝群是一种常用的水利工程结构,能调整水流速度、改善水流动力学特性,用于保护河岸线、防止淤积。我国多数河流常年无固定水位,布置丁坝群后,不同水位下,丁坝群对水流特性的影响情况值得研究。为此,通过试验,使用粒子图像测速系统和无线水位测量系统,分别对水流流速和水位等物理量进行测量、记录,并通过Matlab软件分析了不同水位下丁坝群对水流的影响情况,得出如下结论:随着水位的增加,水流速度逐渐减小,丁坝群下游部分是防冲刷和淤积的最佳位置,且坝高水深比影响丁坝作用的发挥,当比值为2.5左右时,可使丁坝群的作用得到良好发挥,在工程设计中可予以考虑。

糠醛渣脱硫石膏混合对盐碱土入渗和盐碱指标的影响

为了研究糠醛渣和脱硫石膏配施对盐碱土入渗的影响,采集了宁夏银川市西夏区南梁农场盐碱地0~20 cm深度土层土壤,通过向盐碱土中添加不同施用量和配比的糠醛渣、脱硫石膏混合改良剂,通过室内一维土柱入渗试验,比较糠醛渣、脱硫石膏混合改良剂配比(质量比)为7∶3、施用量(质量分数)分别为0(T0),2%(T1),4%(T2),6%(T3),8%(T4),配比为5∶5、施用量为8%(T5),配比为3∶7、施用量为8%(T6)处理下土壤的入渗率、湿润锋、累积入渗量和土壤水分特征曲线,分析糠醛渣和脱硫石膏配施对盐碱土土壤入渗的影响及入渗结束后对土壤盐碱指标的改良效果。结果表明:用Philip与Kostiakov模型对累积入渗量进行模拟,两个模型的拟合效果都很好,决定系数都能达到0.97以上;用幂函数可以很好地分析混合改良剂对湿润锋运移的规律,决定系数均大于0.99;用Van Genuchten模型对土壤水分特征曲线进行拟合,决定系数均大于0.94。T0~T4处理,糠醛渣、脱硫石膏混合改良剂的施用量越大,入渗速率、累积入渗量、湿润锋运移距离越小;Van Genuchten模型中的残余含水率、饱和含水率和参数α随混合改良剂施用量的增大而减小,同一含水率下的土壤吸力大小顺序为T4>T3>T2>T1>T0。T4~T6处理,糠醛渣、脱硫石膏混合改良剂的施用量一定,随脱硫石膏配施占比的增加,入渗速率、累积入渗量、湿润锋运移距离有所增加;Van Genuchten模型中的残余含水率和参数α随脱硫石膏配施占比的增加而增加,饱和含水率随脱硫石膏配施占比的增加而减小。糠醛渣、脱硫石膏混合改良剂对土壤的盐碱指标均有一定程度的改善作用,混合改良剂施用量一定时,脱硫石膏配比越小,土壤pH下降程度越大,脱硫石膏配比越大,土壤碱化度和全盐量下降程度越大。糠醛渣、脱硫石膏混合改良剂对盐碱土有减渗作用,盐碱土的持水能力随混合改良剂施用量的增加而明显增强。糠醛渣与脱硫石膏配比为7∶3,施用量为8%时,盐碱土的盐碱指标下降更为显著,改良效果较好。

U型弯道水槽内T型和L型组合丁坝群对水流特性影响试验研究

为研究不同组合丁坝群对河道水流水力特性的影响,试验在U型水槽弯道凹岸侧布置不同的丁坝群,利用粒子图像测速系统(particle image velocimetry system,PIV)和无线水位测量系统等仪器对水流流速和水位等物理量进行测量,分析不同工况下弯道内水流水力特性的变化。结果表明,L型丁坝是最有利的条件,可以显著降低凹岸侧的流速,增加凸岸侧的流速,且其水头损失相对较小,可以降低水流对凹岸侧的泥沙冲刷,防止凸岸侧的泥沙淤积,对工程实际具有重要指导意义。文章在前人研究基础之上,创新设计不同的丁坝组合进行对比试验,分析得出利于工程实际的结论。

非负矩阵最大特征值的新界值

得到一个判定非负矩阵最大特征值范围的界值定理,其结果比Frobenius界值定理及有关结论精确,而计算比较简单,对估计非负矩阵最大特征值范围十分有用。

黄河沙坡头连续弯道水沙实测结果分析

利用"河猫"系统、回声测深仪等测量仪器,对沙坡头水库连续弯道8个典型断面的三维流速、水深、河床高程和悬移质泥沙粒径分布等进行了实测及分析;通过比较2004年、2007年和2008年3次河床高程的实测结果,讨论了这3年来河床冲淤变化情况;为了验证实测结果,利用k-ε紊流模型对沙坡头连续弯道的水流运动进行了三维数值模拟,比较了主流流速和横向流速大小的数值模拟结果和实测结果,得到了较为一致的结果,反映了"河猫"系统能够较为精确地测量天然河道的三维流速。

寒冷地区供水工程引水明渠结冰问题数值模拟

以宁夏吴忠金积供水工程为例,对在冬季寒冷地区利用引水明渠从河流或水库引水时遇到的结冰问题进行研究。利用一维非恒定水力热力耦合数学模型对3种典型工况下引水明渠水温分布进行数值模拟,得出不同水深、不同风速时的初始结冰位置。利用冰盖厚度发展数学模型对10 a来冰盖发展情况进行数值模拟,并与经验公式计算结果进行对比,得到了较为一致的结果。根据数值模拟结果,得出寒冷地区引水明渠冬季供水时渠水温度的分布规律,总结出影响水温分布及初始结冰位置的因素。

基于工程教育认证水利水电工程专业培养方案修订与实施管理研究

针对工程教育认证和智慧水利,以及水利水电工程专业逐渐从工程设计、组织施工向工程运行管理和智能控制发展,对水利水电工程人才培养提出新要求,本研究将系统的进行水利水电工程专业培养方案优化和实施管理途径。基于“以学生为中心”、“目标导向”、“持续改进”的专业认证的核心理念,制订具有北方民族大学特色和智慧水利背景下的专业人才培养目标,将培养目标的达成贯穿于课程设置、师资队伍建设、跟踪评估、持续改进和实施管理的全过程中,更好地满足企业对水利水电工程专业人才的新需求。

黄河沙坡头连续弯道水流运动三维数值模拟

用可实现k-ε数学模型对黄河沙坡头建立水利枢纽后库区连续弯道的水流运动进行了三维数值模拟.得到了不同断面处垂线平均流速分布、断面流速分布、主流流速和二次流的数值模拟结果,对部分断面弯道环流及水面处离心环流进行了模拟和分析.数值模拟结果与实测结果吻合较好,表明该模型可以用于对具有连续弯道的天然河道河流数值模拟中.

水洞沟水库泥沙淤积测算及运行方案研究

水洞沟水库是宁蒙交界处的一座工业供水水库,从黄河青铜峡-石嘴山河段用抽水泵站通过压力管道引水.利用2011 年10 月至2013 年11 月水库泥沙淤积实测资料,将水库运行阶段分为2011-2014 年、2015-2019 年、2020-2029 年,计算了4 种运行方案下的淤积量和平均淤积厚度.结果表明：①水库应尽可能避免在结冰期和含沙量较大的时期进水;②尽可能采用间歇式集中进水的方式;③2011-2014 年水库宜采用低水位运行,2015-2019 年、2020-2029 年宜采用高水位运行;④2015-2019 年、2020-2029 年宜采用的水库运行方案为每月间歇进水2 ～3 次,其中3 月比实际用水量多进水300 万m^3 ,4-6 月每月均比实际用水量多进水100 万m^3 ,其他月份进水量与用水量相等.

反对称正交反对称矩阵反问题的最小二乘解

主要讨论反对称正交反对称矩阵的反问题的最小二乘解.首先,在反对称正交反对称矩阵的集合范围内求出了矩阵方程AX=B的最小二乘解;其次,求出其中与给定矩阵的最佳逼近解;最后给出了求解此类问题的算法和例子.

黄河大柳树—沙坡头河段典型弯道水流运动平面二维数值模拟

建立了适体坐标系下的平面二维紊流水流数学模型,对黄河在宁夏回族自治区中卫市境内的大柳树—沙坡头河段典型弯道的水流运动进行数值模拟。为了反映弯道环流的影响,对动量方程进行修正,紊流模型采用修正的RNGk-ε模型。通过对黄河大柳树—沙坡头河段连续弯道水流运动数值计算结果与实测结果的对比分析,表明该模型能够准确地模拟具有复杂地形的天然河流弯道中的水流运动。利用所建立的模型计算了4种典型工况下水面的纵比降和横比降,得到一些有益的结论。

非淹没挺水植被水流特性试验研究

为了研究含水生植物的水流特性,在实验室水槽中,进行了系列实验,利用玻璃棒代替水生挺水植被。玻璃棒的直径为6 mm,根据植被疏密程度和排列方式不同设置4种不同工况,利用三维激光多普勒测速仪(laser Doppler velometer,LDV)及水位计等仪器测量了不同工况下的水位分布、流速分布等。根据实测结果对植被区水面坡降、水流流速等进行了计算、分析和讨论。通过研究发现,植被区水面坡降、流速大小与植被的排列方式、疏密程度有密切关系。

黄河上游大柳树-沙坡头河段河床变形数值模拟

对黄河宁夏境内具有连续弯道的大柳树-沙坡头河段的泥沙运移及河床变形等进行了平面二维数值模拟研究.建立了修正的平面二维RNGk-ε紊流泥沙数学模型,其中水流模块采用修正的RNGk-ε紊流模型,泥沙模块采用全沙模型,考虑了不同粒径组悬移质和推移质运移对河床变形的影响。数值模拟结果与实测结果比较吻合。表明该模型可以用于模拟具有连续弯道的多沙河流泥沙运移及河床演变过程;在4种典型工况下分别进行了数值模拟,研究了不同水沙条件对水沙运移及河床变形的影响;吸取了关于泥沙数学模型中水流模块和泥沙模块的耦合式算法和分离式算法的优点,建立了一种半耦合算法,其计算量比耦合式算法大大减小,计算精度上比分离式算法要高。