丁坝形状对弯道沿程水面线影响分析

为了研究不同形状丁坝对弯道沿程水面线的影响,通过水槽试验,分析无丁坝、丁坝断面不同以及二级丁坝长度不同和多级丁坝级数改变时的沿程水面线变化。结果表明:①未设置丁坝时,在弯道处的凹凸两岸,水位变化平缓;设置不同断面丁坝时,在弯道凹岸区域,水位先增大再减小,在弯道出口处趋于平稳。②当二级丁坝第二级长度减小时,在弯道凸岸区域,水位先减小增大,丁坝第二级长度增大,阻水作用随之增大;当丁坝级数从二级变为三级时,在弯道凹岸区域,水位先增大再减小,丁坝级数越多,水位越高。③短板二级丁坝沿程水位变化最小,三级丁坝变化最大,阻水作用最强,不同形状的丁坝对水面线的影响均集中在水槽弯道处。

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。

连续弯道水槽水流结构与床面形态试验研究

连续曲率弯曲河道是河流的常态,而河道弯曲引起的二次流是河床地形和河岸变动的主要动力.采用三维多普勒高级点式流速仪和Trimble TX8三维扫描仪,分别对模型40个断面和床面形态进行三维流速数据和床面形态数据采集.通过水流和床面试验,研究了连续曲率弯道水槽水流结构变化与床面形态短期演变特性.研究结果表明:模型弯道处水面发生扭曲,最大横比降位于各弯段弯顶下游.纵向流速在垂向上呈先增大后减小的趋势,这体现了明渠水流最大流速发生在自由水面以下.各断面存在一个主环流和一个反向小环流,部分断面出现3个或更多环流结构,且环流出现的位置横向流速在垂向上改变方向.环流强度最小值位于各弯段弯顶附近.在各弯段凹岸附近,纵向流速存在小流速区,床面形态均存在与小流速区相对应的床面平整区.活体柔性植被均匀种植的工况Run-4最大淤积和冲刷深度均小于无植被种植的工况Run-3,这说明弯曲边界引发的二次环流是河床地形的主要动力.活体柔性植被根系和植株对床沙和水流均产生影响,起到了增大河床阻力的作用.

180°弯道水槽表面流速分布研究

自然界中河流多是弯曲的,弯道水流结构分析是水力学及河流动力学最重要的课题之一,对河道管理和河流开发利用也有着重要意义。基于粒子跟踪测速(particle track velocimetry,PTV)技术对180°弯道水槽不同流量下的水流表面流速进行测量与分析。试验结果表明:除进口断面,凹岸侧表面纵向流速均大于凸岸侧表面纵向流速,中心线上的表面纵向流速沿程变化相对较小;水流进入弯道后,凸岸的水流开始向凹岸方向运动从而产生横向流速,当水流流过弯顶后,由凸岸向凹岸的横向运动逐渐消失。对比两个流量的流速分布结果,较小流量下表面水流的“顶冲点”发生在弯顶前,较大流量下表面水流的“顶冲点”发生在弯顶后,较小流量下的凸岸侧水流更容易向凹岸方向运动。

基于先进量测设备的弯道水流特性实验设计

建设了一套先进的弯道水流实验系统，包括高精度变坡弯道玻璃水槽，激光柱子成像流速仪（PIV），超声水位计等，并根据各仪器的特性，设计了一套弯道水流杼性的实验方法，并将其用于本科生的弯道水流特性教学实验，增强了学生对理论知识的理解，提升了学生的实验创新水平。

无粘性土堤漫顶溃决水流运动试验研究

堤防溃决时溃口附近水流形态及溃决流量变化过程的正确描述是指导溃口堵复及时避险、预测溃堤洪水演进并进一步评估淹没损失的前提条件。通过弯道水槽中的概化模型试验,根据无粘性土堤防漫顶溃决的溃口变化和水流运动特征,将无粘性土堤防溃决过程分为漫流、冲槽、展宽及稳定4个阶段。试验系统研究了堤防溃决后河道以及溃口附近水位的变化过程,研究了河道洪水流量、洪水位和筑堤材料对溃口处水位的影响。基于大量的试验资料,进一步归纳总结出溃决流量与溃口口门宽度及溃口处水头变化之间的关系。

正弦派生曲线弯道水流结构特征实验研究

探究窄深型弯曲河段三维水流结构,使用声学多普勒流速仪(ADV)对正弦派生弯道水槽中40个断面12160个测点三维水流数据进行加密测量研究,研究结果表明:弯曲岸壁形态改变了水流结构特征,曲率为0断面附近区域为水流动力轴线在左右两岸摆动的过渡区;在左右两岸侧,纵向流速沿程波动分布,波动周期相同相位相差180°,且在凹岸处存在小流速区;各断面存在中心区近底主环流和近岸近水面反向小环流,部分断面近岸近底还出现与中心环流同向的小环流,环流强度最小值出现在各弯段弯顶附近。实验数据可为连续多个弯道数值模拟提供数据验证参考。

低速水流下不同截面形状质量块压电能量收集器的实验研究

论文设计了一种适用于低流速水流中的悬臂梁式压电能量收集器,利用明渠流弯道水槽对五种质量相同、截面形状不同质量块的压电能量收集器进行实验研究.通过改变水的流速,得到不同质量块能量收集器收集功率和频率随流速的变化规律并进行分析.结果表明:在实验流速范围内,各质量块均存在起振流速,当低于起振流速时,收集的均方根功率(Mean Effective Power,RMS Power)约为零,超过起振流速后,收集功率随流速增加而改变;形状相似的质量块,起振流速较为接近,四棱柱的起振流速最低,圆柱次之,三棱柱的最大;质量块截面形状不同,能量收集器性能不同,其中以三棱柱(70°)的输出性能最好,在流速为0.54 m/s时收集到的最大功率为2.02 mW,分别是圆柱、四棱柱(50)和三棱柱(60°)的1.06、2.58、1.36倍.论文研究的悬臂梁式压电能量收集器通过压电结构的力/电转换功能从水流中提取能量,可实现微电子器件的无线供能,为类似压电能量收集器的设计提供借鉴.