挟沙水流卡门常数的理论研究

挟沙水流的流速分布,特别是其中的卡门常数,一直是冲积河流水力学研究的热点问题之一。实测资料表明挟沙水流流速分布仍遵循对数流速分布规律,但在主流区的卡门常数要小于清水时的卡门常数,而在近底区的卡门常数与清水基本一致。在引入颗粒切应力的基础上,从理论上推导了同时适用于主流区和近底区的统一流速分布模型。利用该流速分布模型,得到挟沙水流的卡门常数沿垂线是变化的结论,即从近底区的约0.4渐变到主流区的小于0.4。并给出了主流区卡门常数的理论表达式,认为主流区卡门常数与近底区的泥沙浓度和泥沙粒径有关。该卡门常数的理论公式与实测资料较为吻合。

明渠水流泥沙含量垂线分布规律的研究

在分析泥沙颗粒含量分布特性的基础上,指出扩散理论能较好地描述主流区的泥沙含量分布规律,但在近底流区由于泥沙碰撞切应力的存在,使得扩散理论不能解释此区域的泥沙含量分布规律.进而在引入颗粒碰撞扩散的基础上,对泥沙颗粒扩散理论进行修正,从而在理论上得到了挟沙水流泥沙含量分布规律的公式.与实测资料对比表明,该公式能更好地描述包含主流区与近底流区在内的泥沙含量分布规律.

多体分离回追现象与方案验证

在高超声速底流区内进行分离时,由于底流区内流动动压极低,分离体分离后具有极大的回追风险。为了解决分离体回追问题,提出了“后抛+侧抛”的分离方案,并对该分离方案进行了数值仿真分析,仿真结果表明该方案可以有效解决底流区分离时的分离体回追问题。