地表模拟覆盖率对坡面流阻力的影响

采用变坡实验水槽在较大坡度（5°-25°）、流量（0.25-2 L/s）和覆盖率（0-25%）范围内,系统研究了坡面流阻力系数与坡度、流量、覆盖率、流态之间的关系。结果表明：阻力系数随着覆盖率增加呈幂指数增加（f=0.1013×（1-Cr）-8.573,R2=0.9）;f-Re呈负相关关系,并且随着流量的增加,负相关关系越来越显著;f-Fr呈负相关关系,随着覆盖率的增加,负相关关系越来越显著。通过因子分析发现：f=0.185（1-Cr）-6.137Fr-0.438（R2=0.934）,可以用来计算地表覆盖条件下坡面流阻力系数。研究结果有助于从水动力学角度分析坡面侵蚀、产沙过程,对土壤侵蚀过程模型的建立具有一定的指导意义。

注塑模具冷却管网实验分析

针对注塑模具冷却管网中的压力和流量的关系进行了一系列的实际测量,以验证常规的管网分析方法在模具冷却管网分析中的适用性。结果表明,目前广泛采用Darcy-Weisbach方程在模具冷却分析中是不适用的。无论是目前世界上在该领域占统治地位的MPI软件,还是国产软件,其计算结果均与实际相差甚远。Darcy-Weisbach方程虽然仍有借鉴作用,但关于阻力的计算模型基本失去了应用价值。本文讨论了问题产生的原因,给出了工程化的初步计算方法。

人工模拟粗糙度对坡面流阻力的影响

采用变坡实验水槽,研究了坡面流阻力系数与粗糙度、雷诺数、弗劳德数、单宽流量和坡度的关系。结果表明,阻力系数随着粗糙度增大而呈指数函数增大;阻力系数与雷诺数和弗劳德数均成较好的幂函数关系,幂指数在-1左右变化,系数随着粗糙度的增大而增大;阻力系数随着放水流量增大而减小,随着坡度的增大而增大。

植被格局对坡面流阻力影响的试验研究

利用室内模拟降雨试验,定量研究在15°坡度和60,90,120,150mm/h降雨强度下,茵陈蒿（Artemisia capillaris）不同分布格局对坡面流阻力（Darcy-Weisbach阻力系数,f）的影响。结果表明：由于植被格局的阻滞作用,相对于裸地坡面,不同格局坡面流阻力系数明显增大,平均阻力系数是裸坡的1.25∽13.13倍;带状格局（BP）、棋盘状格局（CP）和小斑块格局（XP）增强坡面流阻力的作用显著高于长条状格局（LP）。剪除地上部分后,根系作用坡面阻力系数显著降低,约为裸坡的0.75∽3.78倍。裸坡平均阻力系数随雨强增大呈减小趋势,完整植被格局和根系作用坡面相对阻力系数（与裸坡阻力系数比值）随雨强增大呈指数函数增大。阻力系数与水流雷诺数的关系可用幂函数表示;阻力系数与坡面侵蚀速率呈极显著幂函数关系。

植草型生态护岸水力特性试验研究

为研究不同水流条件下植草型生态护岸上的植被表面曼宁糙率系数和Darcy-Weisbach阻力系数的变化规律,在室内大流速水槽内模拟河道径流对草皮护坡进行了冲刷模型试验。试验结果显示:(1)试验所选用的狗芽根(Cynodon dactylon)及高羊茅(Festuca arundinacea)的曼宁糙率值在0.025～0.090范围内;(2)植被表面曼宁糙率系数随流速的增大而减小,当流速超过4 m/s时,糙率值稳定在0.025～0.035之间,在某一稳定流量下,植被表面曼宁糙率值首先随冲刷历时的增加而递减,而后逐渐趋于稳定,并在护坡破坏时发生突增;(3)Darcy-Weisbach阻力系数不仅与植被的种类及生长状况有关,而且和植被的平均瞬时弯曲高度与水力半径的比值有关,随着水流流速及历时的增加阻力系数也随之减小。

高速公路中央绿化带滴灌系统设计参数对出流均匀度影响研究

针对重庆忠万高速绿化带滴灌工程的比降大、管道长的复杂条件,基于Darcy-Weisbach公式建立了迭代求解数学模型,并布置室内水力学实验获得实测参数来验证。针对滴管管网设计参数,包括管长、滴头间距、坡比等对出流均匀度的影响,指出在一定的坡比、管长等边界条件下,适当的初始水头、滴头间距参数组合可满足滴灌系统的出流均匀度要求。

地表粗糙度对坡面流水动力学参数的影响

坡面流阻力的研究对于深入认识坡面流水力特性及土壤侵蚀产沙机理具有重要意义。采用变坡试验水槽,利用定床阻力冲刷试验系统研究了坡面流Darcy-Weisbach阻力系数与粗糙度、流量、坡度和水流型态之间的关系。结果表明:阻力系数随着床面粗糙度的增加呈指数函数增大;阻力系数随着雷诺数的增加呈幂函数减小,且随粗糙度的增加;阻力系数与弗劳德数呈良好幂函数关系,且粗糙度的影响不显著,流量为主要影响因素;人工模拟粗糙度床面下,阻力系数可由粗糙度、流量和坡度的简单幂函数良好表示,并且粗糙度为主要影响因素,流量和坡度的影响相对较小。由因子分析可知,阻力系数可由粗糙度和弗劳德数良好表示,经检验该模型可用来计算不同粗糙度坡面薄层水流的阻力系数。

忠万高速绿化带滴灌系统设计优化软件开发

重庆忠万高速公路采用智能滴灌系统,实现绿化带示范工程自动灌溉。以其滴灌管网为研究对象,针对绿化带比降大、灌溉范围长的复杂条件,采用Matlab平台,基于Darcy-Weisbach公式开发了具有完全自主产权的滴灌管网设计优化软件。该软件具备友好交互界面,可实现初始水头、管长、管径、滴头间距、坡比等参数的优化,满足经济简便、出流均匀的要求。研究成果可以为类似工程的滴灌管网设计提供依据。

倒伏植被茎秆粗度对坡面水流特性的影响

为深入探索植被倒伏条件下水流结构的内在规律,开展植被茎秆直径对坡面流水流特性影响的试验研究。试验固定坡度为1.0%,倒伏角度为20°,取茎秆直径为2 mm、3 mm、4 mm进行室内明渠流模拟试验。结果表明:在相同直径条件下,随水深增大,Darcy-Weisbach阻力系数逐渐增大,雷诺数呈线性增大,弗劳德数呈幂函数形式下降;在相同水深条件下,随茎秆直径增大,Darcy-Weisbach阻力系数增大,雷诺数与弗劳德数随之而减小,且当茎秆直径每增加1 mm,阻力系数平均增大33.76%,雷诺数平均减小2.57%,弗劳德数平均减小8.33%。

植被群落之间水流流速垂向分布计算方法

植被之间及其之上流速分布一直是湿地水力学和河流水力学的研究难点。将Darcy-Weisbach阻力因子与植被生态特征参数(植被直径、植被高度和植被空间间距)联系起来,建立新的阻力因子计算方法。将Darcy-Weisbach断面流速公式应用于植被之间流速垂向分布计算,利用室内水槽试验结果对其进行了验证,结果表明:改进后的Darcy-Weisbach公式可以较好的模拟植被之间及其之上流速垂向分布。