粗化床面发展过程中非均匀沙起动试验研究

非均匀沙在水流作用下会形成表层粒径大于底层的床面粗化现象,同时表层粗颗粒还会形成聚集结构体。已有非均匀沙起动研究仅考虑粒径差异,对多颗粒组成的粗化结构体及其影响问题考虑不足。在水槽中开展了非均匀沙床面粗化发展过程试验,分析了粗化床面条件下的起动条件及起动判别标准。结果表明,粗化床面发展可分为中粗颗粒出露、中颗粒结构体形成、粗颗粒结构体形成等3个阶段,粗化结构体对泥沙颗粒的起动和输移造成较大影响。粗化床面条件下非均匀沙起动临界希尔兹参数为0.015 5~0.023 5,小于均匀沙床面。USACE输沙率标准不适用于非均匀沙粗化床面,而Parker标准与韩其为标准均可在一定程度上反映非均匀沙粗化对泥沙起动的影响,其中韩其为标准与实测值更接近。

粗化床面非均匀沙推移质运动扩散特性研究

对泥沙颗粒运动规律的把握是准确估算推移质输沙率的基础。本文开展了粗化床面条件下的水槽试验,分析了非均匀沙颗粒的均方位移和速度自相关系数变化,并与已有均匀沙试验进行了对比。结果表明,粗化床面存在着由单个或多个粗颗粒组成的粗化结构体,形成比平整床面更复杂的底部边界,粗化结构体对泥沙颗粒运动造成较大影响,颗粒在运动过程中与水流动量交换强度大,泥沙颗粒运动与均匀沙试验“类弹道扩散”存在一定差异;受床面结构影响,部分颗粒表现出较强的横向运动,颗粒的横向扩散特性与流向扩散特性类似。与均匀沙平整床面不同,粗化床面上颗粒运动可能会相应改变床面结构,从而改变水流底部边界条件,进而对泥沙颗粒运动造成影响,泥沙颗粒运动存在较明显的记忆效应和反常扩散现象。

床面粗化对推移质输沙率和级配的影响

由于推移质在床面运动,床面形态对推移质运动有重要影响。为研究床面粗化对推移质输沙率和颗粒级配的影响,开展系列水槽试验,挑选具有代表性的数据和视频,采用图像识别技术分析床面图片、计算床面粗化比等方法分析推移质运动规律。对床面粗化比、输沙率、推移质级配的分析表明:不规则形状的泥沙在床面上运动多为斜线,其运动速度远远小于流速;随着床面粗化程度的提高,床面稳定性增强、输沙率降低;床面在粗化过程中可能出现再次粗化,并在床面粗化过程中动态调整,不稳定的聚集体再次重组,输沙率增高、推移质中值粒径下降。

平整输沙床面水流阻力研究

水流阻力对于研究水流结构、推移质运动和输沙率等问题具有重要意义。影响水流阻力的因素有床面泥沙级配、水流条件、床面结构和推移质输沙率等,综合考虑床面泥沙条件、水流条件和推移质输移情况,将平整非均匀床面的水流阻力划分为沙粒阻力和输沙阻力。基于床面粗化过程中推移质输沙率的变化规律,将床面表层粗化程度系数表示为相对输沙率的函数,结合粗化完成床面和均匀床面的阻力公式,建立了包含床面结构参数的床面沙粒阻力公式。基于滚动和跃移推移质运动特性的差异,分析了滚动推移质在床面上的受力,得到了水流搬运滚动推移质消耗的能量,并与bagnold建立的计算公式进行对比,结合不同水流强度下滚动和跃移推移质的占比,建立了输沙阻力公式,由实测粗化床面资料确定了床面表层粗化程度系数,最终建立了适用于平整非均匀输沙床面的水流阻力计算公式。经实测资料验证并与其他学者的阻力计算公式进行分析对比,公式的均方根相对误差(RMSRE)仅为0.094,比其他学者阻力计算公式的相对误差值更小,表明该阻力计算公式具有更高的计算精度。

天然河道床面糙度特征的试验研究

本文分析了非均匀沙床面形态分布特性 ,得出床面颗粒暴露度和代表粒径的方法难以反映床面糙度的特征 ,为此提出以床面高度函数 Z( x,y,t)的变化为基础 ,根据室内实验的特殊情况 ,以及主要考虑了初始和粗化床面 ,从统计理论的观点分析了床面高度变化均方差 σ,从分形理论的角度考虑了赫斯特数 Hy,分维数 Dy。由于均方差 σ,赫斯特数 Hy或分维数 Dy综合考虑了床面形态对床面糙度的影响 ,因而结合实验资料建立它们与综合糙率曼宁系数 n的相关关系 。

连续降雨作用下褐土坡面侵蚀及其水动力学特征

为研究在长时间降雨侵蚀过程中北京褐土坡面侵蚀特征及其水动力学机制,通过室内人工模拟降雨试验,分别在60,90 mm/h雨强下对褐土坡面进行连续10场次降雨试验,探讨了坡面侵蚀过程中的产流产沙特征及其与水动力学参数间的关系。结果表明:(1)在雨强及次降雨量较一致的条件下,随降雨场次增加坡面次降雨产流量变动较小,而次降雨产沙量变化较大,60,90 mm/h雨强下次降雨产沙量的变异系数为23.94%和59.88%,且第10场降雨的产沙量仅为第1场降雨的59.74%和22.28%;(2)连续降雨条件下,平均次降雨产沙速率随雨强增大而增大,径流含沙量随降雨时间呈幂函数下降趋势;(3)受褐土坡面细沟形态变化和土壤粗化的影响,60,90 mm/h雨强下坡面径流平均流速分别随降雨时间呈指数函数和幂函数下降趋势,弗劳德数亦表现出相同趋势;坡面径流阻力系数随降雨历时均呈对数函数增加;(4)长时间降雨侵蚀条件下径流含沙量与平均流速、弗劳德数、阻力系数、径流功率相关关系极显著,其中平均流速是径流含沙量变化过程中与其关系最为密切的水动力学参数,径流含沙量的变化深刻受到坡面径流平均流速的动力作用过程影响。

崩岗崩积体坡面产沙与坡面形态的耦合影响

为了探究崩岗崩积体长时间序列的侵蚀变化,在崩积体典型坡度(30°)及研究区强降雨(3.33mm/min)条件下,进行了持续20场次降雨的崩积体侵蚀过程模拟试验。结果表明,在本试验条件下降雨溅蚀和径流冲刷对崩积体产沙的平均贡献率分别为47.6%和52.4%,在崩积体侵蚀过程中,其产沙量呈幂函数减小;弗劳德数、径流功率、达西-韦斯巴赫阻力系数与崩积体产沙量具有较好的相关关系,在沙源充足时,其参数可用于定量描述坡面径流产沙效能;崩积体侵蚀过程可分为4个阶段:(1)含沙量为0.099kg/L,以片蚀为主,坡面未见粗化;(2)含沙量为0.052~0.101kg/L,以细沟侵蚀为主,坡面粗化不明显;(3)含沙量为0.011~0.064kg/L,以细沟侵蚀为主,坡面粗化显现;(4)含沙量为0.008~0.036kg/L,无明显的主导侵蚀方式,坡面持续粗化。降雨及其径流对崩积体的分选性搬运,致使崩积体坡面粗化,而崩积体坡面粗化,反过来又使得降雨及其径流产沙效能降低。

推移质输沙率神经网络模型的试验研究

本文在分析推移质输沙率演变过程及其影响因素的基础上 ,概化为一种非线性的输入输出泛函关系 .而后以人工神经网络作用原理建立了推移质输沙率的反馈网络模型 .在变坡水槽中铺设天然沙 ,进行了九组不同流量、坡降及床沙组成的恒定流推移质输沙率试验 .对每组试验过程连续接沙 ,称取并记录每次接沙时间、输沙量及其最大粒径 ,直到床面粗化稳定为止 .以此试验资料对模型进行识别及模拟 。

机械喷砂在陶瓷外观装饰上的应用

机械喷砂在陶瓷外观装饰上的应用包括打孔、凹凸花面图案、处理粗化面等方式,使陶瓷外观表面产生艺术和装饰效果。该项工艺属于陶瓷冷加工,解决了陶瓷冷加工方面的一些工艺难点,具有实用性和经济性。

集成Ag基反射镜的GaN基LED薄膜芯片的静电失效演变

对集成Ag基反射镜的垂直结构GaN基发光二极管(LED)薄膜芯片施加ESD(electro-static discharge)冲击,观察其静电失效的现象并对失效演变的过程进行研究。结果表明,LED芯片经过ESD冲击后,内部会随机出现ESD黑点。随着ESD电压逐渐增大,此ESD黑点逐渐演变成为静电孔。通过聚焦离子束刻蚀等手段,得出ESD黑点产生的原因,即静电击穿产生的瞬间高温将LED芯片中的p-GaN及Ag基反射镜熔化,从而使得Ag反射镜的反射率降低。在LED薄膜芯片静电失效的演变过程中,ESD黑点周围的GaN粗化面的六角锥结构出现形状变小、密度增大的现象,该现象与静电击穿发生的程度相关。因此,认为静电击穿过程中内部产生的瞬间高温对表面GaN材料的晶体质量产生较大影响。