封冻河道的阻力研究

冰盖引起的流动阻力是研究河冰生消演变及其运动规律的关键问题之一 .封冻阻力使河流水位壅高、过流能力降低、水位流量关系改变 .本文应用Prandtl半经验紊流理论 ,推导得到封冻河道水力要素间的理论关系表达式 ,并对冰盖影响区与床面影响区的交界位置进行了分析讨论 ;对由流速分布推算冰盖及河床糙率的计算方法进行了研究 ,并与现场实测资料进行了验证 .

封冻河道冰下流速分布规律研究

河渠中冰盖的存在显著改变断面的水流结构,采用k-ε紊流模型建立冰盖下水流垂向二维数值模型,并将其应用于封冻河道冰盖下流速分布的计算,探讨影响封冻河道断面流速分布规律的主要因素。结果表明:封冻河道的断面流速分布情况主要与床面糙率、冰盖糙率及河道的水流条件等影响因素相关,水流条件相同时,冰盖糙率和床面糙率的比值越小,最大流速点的位置越靠近相对光滑的一侧,且在流动的核心区流速分布并不遵循对数分布规律,在最大流速处流速梯度几乎为零。

冰盖下水流垂线流速分布规律研究

河道中冰盖显著改变了水流流动结构。采用k-ε紊流模型建立了冰盖下水流流动垂向二维数值模型;根据量纲分析理论提出了流速分布规律的影响因素;针对各种因素的不同组合进行了数值计算,并对其流动特性如最大流速点位置、冰区及床面区平均流速等进行了分析研究;对冬季封冻河道的二点测流法精度进行了理论分析。研究结果表明,冰盖下水流的纵向流速在流动核心区并不遵循对数分布规律,同时揭示了冰盖底部与河床的相对粗糙比、河床相对粗糙度及雷诺数对流速分布规律的影响。

冰盖下水流流动的掺混特性

本文采用k ε紊流模型建立了冰盖流及物质输移的垂向二维数值模型,对封冻河道水流的垂向掺混特性及水中冰在冰盖下的输移规律进行了研究。研究结果表明,冰盖下水流纵向流速在流动核心部分较为均匀,并不遵循对数分布规律;沿水深水流紊动粘性系数并没有出现为零现象,并当上下边壁粗糙相近时,在水深中部达到最大:位于不同水深位置的水中冰进入封冻河道时,在冰盖下有不同的输移规律,水深中部水中冰的最大浓度值降低速率及扩散范围相对较大。研究结果揭示了冰盖对水流流动及垂向掺混的影响。

河床与水体热交换的数值计算

在任意一个完整的热力模型中，河床与水体的热交换是一个很重要的热力因素，特别是对于封冻河道，以及水深较浅且温度昼夜变化较大的河道．本文提出了数值求解非稳态导热微分方程的数值模型，并与量测资料进行比较，结果表明数值模型能准确地模拟水体与河床的热交换．