挟沙水流的混掺长度初探

本文将挟沙水流近壁区视为由浓度梯度造成的层结流体，与大气边界层非中性平衡条件下温度梯度造成的层结流体相比拟．引入大气边界层的混掺长度作为挟沙水流近壁区的混掺长度．进而在从总切应力平衡式导出的流速梯度基础上，推导出挟沙水流沿整个水深的混掺长度公式，水槽资料证明了该公式的正确性以及挟沙水流近壁区与大气边界层的相似性．

明渠均匀紊流掺混长度分布研究

明渠均匀紊流的Prandtl掺混理论中,对掺混长度分布的计算有两种不同的公式。根据试验资料对这两个掺混长度分布计算式进行了比较分析,结果表明Prandtl在推导对数流速分布公式时采用的掺长分布线形计算式和实验资料吻合良好。这一结果有助于纠正长期以来认为的Prandtl掺长线性分布计算式与实际不符的观点。

基于有限掺混长度概念的悬沙浓度垂线分布研究

从掺混长度理论的基本假定入手,分析菲克定律解释紊动扩散现象的局限性,根据有限掺混长度概念,对明渠流中悬沙浓度垂线分布进行研究:由垂向紊动强度确定掺混速度,分析水体和泥沙作为不同研究对象时掺混长度的差异,定义水体掺混长度和泥沙掺混长度概念,依据卡门紊流相似假说和水流剪切应力分布特征,确定泥沙掺混长度的垂线分布,考虑浓度对泥沙沉降速度的抑制作用,建立明渠流中悬沙浓度垂线分布模型,并进一步分析浓度和颗粒大小对泥沙掺混长度的影响。计算值和测量值的比较表明,该浓度分布模型能够较好地反映明渠流中悬沙浓度垂线分布特征。

基于分形理论的挟沙水流掺混长度分析

采用爱因斯坦和钱宁的试验数据,基于分形理论计算和分析了掺混长度的分形维数,结果表明:①挟沙水流掺混长度分维值的取值范围为0.0175<D<1,且掺混长度分维数与含沙量呈正比关系;②建立的挟沙水流的掺混长度公式是合理的;③水流含沙量与掺混长度呈反比关系。

基于含沙紊动水流掺混长度的含沙量垂线分布

根据Prandtl掺混长度理论对紊流动量传递的假设,推广得到挟沙水流中泥沙扩散对应的含沙紊动水流掺混长度。类比Prandtl动量传递系数与紊流掺混长度的关系,由含沙紊动水流掺混长度推导出与实测数据吻合较好的泥沙扩散系数,得到新的含沙量垂线分布公式,并利用多个海域实测资料对其进行验证。验证结果表明,新的含沙量垂线分布公式能够较客观地反映含沙量垂线分布规律。

基于紊流掺混理论的含沙量垂线分布

基于紊流掺混理论,根据尼古拉兹试验数据拟合了一个新的掺混长度公式,新公式计算结果和试验数据的相关系数为0.997。采用Rouse公式的两个假定并结合扩散方程,得到了一个新的含沙量垂线分布公式,该公式在区间(0,h]内形式一致,结构较为简单,同时克服了Rouse公式在水面处含沙量为0的缺陷。通过浙江台州、山东日照等近海海域实测资料的验证,表明新的含沙量垂线分布公式能够客观地反映悬移质含沙量沿垂线的分布规律。

基于掺长模型非淹没刚性植被水流流速垂向分布的数值解

对非淹没刚性植被的水流流速垂向分布进行了研究,基于恒定均匀流假定,通过单元体的受力分析得到考虑刚性、非淹没植被作用后水体单元流动的控制方程,充分考虑了植被群对混掺长度、植被拖曳力系数、达西—魏斯巴哈摩擦系数的影响,得到了基于混合长度概念的求解非淹没刚性植被水流流速垂向分布的新模型。该模型物理概念清晰,形式简单,可直接计算出摩阻流速。结合本文和Rowinski等的室内水槽实验资料,采用该模型对非淹没刚性植被流速垂向分布进行了数值模拟,结果表明本文给出新的掺长模型是合理有效的。

卡门常数研究现状及存在的问题

挟沙水流卡门常数是反映固液两相流中泥沙对水流结构影响的重要参数之一。鉴于此,回顾了卡门常数的来历、实质和卡门常数的影响因素、物理意义,总结了国内外因考虑因素不同而导出的卡门公式,接着对研究得到的卡门常数作了一个简要客观的评价,最后指出卡门常数进一步研究需要注意的问题:从能量输移理论进一步弄清楚能量分配机制,同时需要更精确的试验资料进行分析。

一种新型的垂线流速分布公式

根据Lane和Kelinske的紊动动量交换系数εm的表达式,经过理论推导,得出一种新型的垂线流速分布公式。该公式避开了较难确定的混掺长度,结构简单,计算结果与实测资料对比误差不超过4%,是一种比较准确的公式,经过进一步验证后可应用于实际工程。

挟沙水流运动特性的探讨

本文引用大气边界层的混掺长度表达式作为挟沙水流近壁区的混掺长度，从挟沙水流总切应力平衡方程导出了近壁区的流速分布公式，通过比较验证后推广到整个水深范围，进而使用该公式导出了挟沙水流主流区以上的混掺长度、动量交换系数和整个水深的垂向紊动强度公式，并由后者得到了垂向紊动强度增减的临界条件，前两者与水槽资料点绘的结果吻合良好．

侧部点式排烟模式下烟气分层特性研究

引入烟气掺混影响长度的概念,针对侧部点式排烟模式下不同火灾热释放速率、排烟流量等变化条件,对烟气层厚度、烟气层温度及水平流动速度随烟气水平蔓延的变化情况进行了数值模拟研究。结果表明:烟气掺混影响长度与排烟流量成正比例增长关系;排烟流量较小时,烟气存在明显分层,随着排烟流量的增大,烟气层与冷空气层剧烈掺混,烟气层变得紊乱,看不到明显的分层现象;同一纵向条件下排烟口附近上层烟气层的流速值随排烟流量增加呈现先增大后减小的趋势,不同纵向条件下排烟口外侧烟层流速较低,距离排烟口越远时,侧向排烟对烟气蔓延的抑制作用越弱;排烟流量对于烟气层稳定性的抑制作用主要集中在排烟口处及排烟口与隧道端部区段。

挟沙水流几个运动特性的探讨

引用大气边界层的混掺长度表达式作为挟沙水流近壁区的混掺长度，从挟沙水流总切应力平衡方程导出了近壁区的流速分布公式，通过比较验证后推广到整个水深范围，进而使用该公式导出了挟沙水流主流区以上的混掺长度、动量交换系数和整个水深的垂向紊动强度公式，前两者与水槽资料点绘的结果吻合良好。

波流共同作用下泥沙扩散系数沿垂线分布的探讨

为了计算波流共同作用下含沙量沿垂线的分布,建立了沿垂线分布的泥沙扩散系数模型。通过悬沙模型反求泥沙扩散系数的方法来拟合系数。实测资料表明该模型可以比较准确地直接计算泥沙扩散系数沿垂线的分布。

挟沙水流速度与含沙量垂向分布关系探讨

采用数据拟合构造的挟沙水流掺混长度,结合Prandtl掺混长度理论,得到新的挟沙水流流速分布。类比动量传递系数表达式与掺混长度的关系,结合挟沙水流流速分布公式,得到新的含沙量垂线分布公式。分别利用水槽及河道实测资料验证,结果表明流速公式与含沙量公式可以客观准确地描述流速、含沙量垂向变化规律,对含沙量有更高的精度。误差分析表明:近底层流速误差较大,说明底部边界层的选取与判别仍需深入探究;近表层含沙量误差较大,说明含沙量参考点的选取在理论上仍需研究,以摆脱其随机影响。

发烟剂在高速燃气流场流动情况分析

发烟剂在燃气流场中的成烟过程实际上是射流在主流中变形分散、掺混扩散的过程。利用粒子图像测速技术系统(PIV),通过试验对简单横向圆射流的近尾迹流动进行了测量,主要分析了射流在主流中的穿透深度和掺混长度,并对其中的一些影响发烟系统设计的重要问题进行了初步的探讨。文中叙述了横向射流出口处的流动结构和流动机制,说明了横向射流近尾迹卷吸涡的形成机制,测量了喷口后5倍喷管直径处的横向射流对称截面的流动情况。

悬移质泥沙的垂线分布

为解决Rouse公式在模拟悬移质泥沙垂线分布中的局限性,从水流的应力分析入手,通过对Einstein和Chien的泥沙试验资料进行最小二乘法拟合,得到一个新的掺混长度公式。在此基础上,得出一个新的悬移质泥沙垂线分布公式,当Rouse数等于1时,该公式与Rouse公式的相关系数达到0.9628,并且克服了Rouse公式在水面含沙量为零的缺陷。通过2010年的瓯江口各层含沙量实测资料的验证,表明新的悬移质泥沙垂线分布公式能客观反映含沙量的垂线分布规律。

挟沙水流的流速分布公式

在前人研究成果的基础上,得出卡门常数取与垂线位置和含沙量相关的变量时,掺混长度Prandtl假定与试验及实测资料较为相符。进一步对比对数律与指数律的流速梯度,得出卡门常数新的表达式。将卡门常数新的表达式代入Prandtl假定,根据Prandtl掺混长度理论得到新的流速分布公式。该公式较现有指数律和对数律解决了表面流速梯度不为零的问题。经室内水槽试验结果及河道实测资料验证,该公式可以真实地描述挟沙水流的流速分布变化规律,且在高含沙水流中仍有较好的精度。

悬移质含沙量垂线分布

根据尼古拉兹实验结果拟合得到一个新的掺混长度表达式。将新掺混长度表达式与对数流速梯度相结合,得到动量传递系数的表达式。在此基础上假定泥沙紊动扩散系数与对应的动量传递系数相等,进而得到新的含沙量垂线分布公式。该公式与Rouse公式、van Rijn公式以及张瑞瑾公式相比,精度十分近似,有效地解决了Rouse公式表层含沙量为零,van Rijn公式分段表述结构不统一,以及张瑞瑾公式结构过于复杂的缺陷。利用多个海域实测资料对其进行验证,验证结果表明,新的含沙量垂线分布公式能够较客观地反映含沙量垂线分布规律。