入渗水量和试验尺度对土壤水非均匀流动的影响

[目的]研究入渗水量和试验尺度对土壤水非均匀流动(最大入渗深度和平均入渗深度、土壤水流运动非均匀程度和土壤优先流尺寸的影响)的影响,为农业灌溉施肥的高效利用、地下水环境保护以及流域水文过程预测等方面提供理论支撑。[方法]采用亮蓝染色示踪方法在砂土条件下开展了9组18个(每组2个重复)不同入渗水量(分别为1.25,2.5和5.0cm)和试验尺度(分别为0.25m×0.25m,0.5m×0.5m和1.0m×1.0m)的入渗试验。[结果](1)相同试验尺度条件下,土壤水最大入渗深度和平均入渗深度均随着入渗水量的增大而增大;土壤水流运动非均匀程度随入渗水量的增大而先增大后减小。(2)相同入渗水量条件下,当入渗水量较小时,土壤水最大入渗深度和土壤水流运动非均匀程度随着试验尺度的增大而增大;当入渗水量很大时,试验尺度的变化对最大入渗深度和土壤水流运动非均匀程度的影响不明显。(3)入渗水量的增加和试验尺度的增大都将使得优先流通道尺寸增大。[结论]入渗水量和试验尺度对土壤优先流运动有重要影响。

采用小波包熵度量入渗水量和试验尺度对土壤水运移非均匀特性的影响

土壤优先流是降雨和灌溉水在土壤中常见的运动形式,但如何准确描述土壤优先流的非均匀特征一直都是土壤水文学界的研究难点和热点。采用小波包熵(Shannon信息熵和log能量熵)对不同入渗水量和不同试验尺度条件下观测到的优先流运动进行了度量和分析,并将研究结果与采用基质熵和分形特征参数等度量的分析结果进行了比较。研究结果表明:(1)小波包熵可成功度量优先流的非均匀特征;(2)土壤优先流的非均匀特征随入渗水量的增大先增大后减少;(3)在研究尺度范围内,随着试验尺度的增大,土壤优先流运动的非均匀程度增加。

不同暴露时间下煤系土性能劣变规律的多尺度试验研究

为了探明煤系土开挖暴露后性能的劣化情况,借助特殊的制样方法,以多尺度试验结果揭示了煤系土随不同暴露时间其矿物质成分、微细结构和物理性质指标变化规律,并给出敏感性指标随暴露时间劣变的表达式.研究结果表明:煤系土暴露后成岩矿物含量降低,黏土矿物含量升高.随暴露时间增加,煤系土微细结构特征参数中,颗粒圆度降低,颗粒定向度增大,孔隙度和孔隙分布分维数增大,欧拉数减小,且均存在渐近线.敏感性物理指标中,黏粒含量增大,不均匀系数减小,塑性指数增大,且塑限存在“假塑性现象”,其变化规律均可用指数形式曲线描述.

快速城市化地区多尺度水文观测试验与暴雨洪水响应机理分析

城市下垫面改变引起水文循环过程发生变异,导致目前已掌握的天然情况下的产汇流规律和机制难以解释城市化等新形势下的水文现象与过程,而面临需重新再认识的挑战。本文以长三角地区为典型,建立了不同城市化水平及空间规模的水文试验流域,探讨了快速城市化地区暴雨洪水响应规律和机制。结果表明:(1)不同量级降水事件下城镇用地土壤水响应程度(表层土壤水涨幅基本超过4%)总体高于其他土地利用类型,城市化地区下垫面的改变通过影响土壤水动态响应模式直接影响了地表产流过程,植被覆盖率较低的城镇用地和荒地土壤含水率呈现出陡涨陡落现象,而植被作用下的土地利用类型则表现出缓慢上升和缓慢消退的土壤水响应过程。(2)流域洪峰滞时和洪峰流量整体表现为随流域面积增加而呈幂律函数关系形式的增加。(3)总降水量与主要洪水特征(如洪峰流量、单位面积洪峰流量和径流深)基本呈显著相关(相关系数分别达0.49、0.41和0.78以上)。城市下垫面通过改变土壤水动态响应等产汇流特征而直接影响了洪水过程,未来长三角地区暴雨洪水在城市化和气候因素双重作用下呈现持续加剧的趋势。

微尺度效应下的聚合物熔体粘度理论及试验

根据毛细管流变仪测量原理,提出关于微尺度效应对聚合物熔体粘度变化的作用机理。基于Kelvin-Voigt本构方程,建立微尺度粘度模型。研制直径分别为1000μm,500μm,355μm毛细管口模,用PP,PS,HDPE材料进行不同剪切速率下的粘度试验研究。结果表明,同一剪切速率下,熔体粘度随口模直径的减小而降低;随着剪切速率的增加,粘度减小趋势在缩小。将试验相关数据代入微尺度粘度模型进行理论计算,结果表明理论曲线与试验曲线相符合,最大误差小于8%,验证数学模型的合理性,这对微注塑成型和微挤出成型,精确模拟充模流动和指导微模具设计有重要理论参考价值。

沿海风浪环境下大尺度船模耐波性试验研究

利用浮标式浪高仪对沿海海浪环境进行测量分析,建立适合在沿海开展试验研究的大尺度遥控遥测自航船模测试系统,开展同吨级圆舭船型和深V复合船型大尺度船模在沿海风浪环境下的耐波性试验研究,并将试验结果与拖曳水池小尺度模型试验测试结果进行对比分析。试验结果表明深V复合船型耐波性较圆舭船型得到大幅改善,且沿海风浪环境下大尺度模型运动特征与水池小尺度模型有较大差别。

小尺度试验飞机系统及飞行测试方法

研究了小尺度试验飞机在现代飞机设计过程中的作用,从飞行试验需求的角度分析了试验飞机系统的构成及其功能,进而建立了小尺度试验飞机系统设计框架。针对非常规多操纵面布局飞机的动态测试方法进行了探讨。

实际海浪环境下大尺度模型试验研究

舰船环境适应性研究引起世界各海洋强国的高度重视,研究采用实际海浪环境下的大尺度模型试验方法通过近海岸海区实际海浪环境下大尺度模型运动物理仿真试验研究,分析了近岸波浪特征,并基于NARMAX(带外生变量的非线性自回归滑动平均模型)模型应用谐波探测法求解船模非线性系统频率响应函数通过与水池小尺度模型试验结果比较,表明该试验方法可行,为舰船环境适应性研究提供了一种有效的试验手段.

大尺度水下综合试验模型拖曳运动特性研究

大尺度水下综合试验模型采用拖缆实现加、减速过程,为了保证其运行稳定性和安全性,基于简化的刚体-弹性体振动模型,分析水下拖曳航行体系统的特性,给出合适的拖缆预紧力;并分析试验模型运动特性,给出保证试验过程中的运动稳定性和安全性的操舵限制条件。

舰艇桨-轴系-船体耦合振动测试实尺度试验台设计

为获得舰艇桨-轴系-基座-船体的振动传递规律,分析桨-轴系-船体耦合动力特性数值计算的合理性,考核轴系各项减振措施的减振效果,搭建了基于减振降噪设计且与实舰较吻合的桨-轴系-船体耦合振动测试的实尺度试验台。通过基座阻抗特性、轴系和船体振动响应、轴系模态等试验和各项减振措施测试,获得了耦合系统纵向振动频响传递函数、船体结构响应特性以及为修正耦合动力特性数值计算所需试验数据,考核了各项减振降噪措施。

基于宏细观多尺度的GFRP杆体损伤路径试验研究

采用宏细观相结合的多尺度力学试验对玻璃纤维增强塑料(GFRP)杆体的损伤路径进行研究,选取不饱和聚酯基和聚乙烯基的杆体进行试验,通过不同形式的拉伸试验并结合电镜扫描技术获取GFRP杆体的拉伸强度及破坏历程。试验结果得出:裂缝宽度观测,循环荷载拉伸试验下的性能表现以及初始状态与80%破坏荷载下杆体的SEM图多尺度说明聚乙烯基杆体的基体与纤维之间复合效应优于不饱和聚酯基杆体;在同一应力水平下,不饱和聚酯基杆体渐进损伤程度高于聚乙烯基杆体;聚乙烯基杆体裂纹扩展的临界应力在破坏荷载的80%左右,而不饱和聚酯基杆体为破坏荷载的60%左右,聚乙烯基杆体有更好的断裂韧性。

堰塞坝背水面坡度对溃决过程影响机理大尺度试验

堰塞坝溃决物理概化试验是当前研究堰塞坝溃决机理较为可行的方法,但在现有堰塞坝溃决试验中,由于试验坝体尺寸较小,试验上游库容不足,导致试验的溃决过程与实际堰塞坝溃决存在较大差异。为尽量克服库容不足带来的影响,采用最大库容为380 m^(3)的大尺度堰塞坝溃决试验系统,以无黏性、宽级配砂砾料堰塞坝为对象,开展多组室内大尺度溃决试验,揭示堰塞坝溃决机理,并通过设置不同背水面坝坡研究坡度对溃决过程的影响。通过试验发现:堰塞坝溃决过程可以分为沿程冲刷、溯源冲刷、快速发展和溃口稳定4个阶段;在溃决过程中发现,陡坎侵蚀和溃口两侧土体失稳坍塌是溃口快速发展的主要机理;不同背水面坡度下的沿程冲刷阶段的冲蚀特征基本相似,而溯源冲刷阶段及快速发展阶段溃决过程差异显著,较大的背水面坡度使溯源冲刷阶段跌坎水流更容易得到发展,进而影响溃口处的垂向冲深及侧向发展,导致快速发展阶段更易形成垂向落差较大的陡坎洪水冲蚀;从溃决历时来看,坡度的增加使溃口发展更快,峰值流量出现时间更早,进而导致溃决历时缩短,坝顶溃口宽度及峰值流量也随着坡度的增加而增加。试验较好地重现了天然堰塞坝下游河道两岸的淤积现象。此外,根据堰塞坝溃决过程中的水流特点、泥沙运动及溃决完成后下游河道的地貌,本文初步分析了淤积区的形成机理。

小尺度船舶密闭舱室舱壁升温传热及温度分布试验研究

为了准确掌握着火舱室舱壁升温传热及温度分布规律,利用小尺度试验舱对密闭舱室条件下的不同尺寸油盘进行试验研究,采集舱室顶部与侧面舱壁温度,分析舱壁温度分布规律。结果表明,在论文的试验条件和火源尺度下,密闭舱室的舱壁升温幅度随火源面积增加而降低,且侧面舱壁升温随着高度的增加呈现不同的分布规律。

舰船大尺度模型耐波性试验海浪相似性分析

为了研究实际海浪环境中舰船大尺度模型试验海况的相似性,本文选取了不规则波海况的有义波高、特征周期和波能谱型为代表,基于某沿海海浪的大量统计数据分析了近岸海浪与远洋海浪的相似关系,并提出了大尺度模型试验海况选取原则及方法。研究表明,通过合理设计和选取模型缩尺、试验海域位置、气候季节、天气状况等条件,可保证模型试验海况与实船海况的相似性,从而论证了在真实海况下开展大尺度模型耐波性试验的可行性和科学合理性。

实际海浪环境中舰船大尺度模型试验研究进展

目前对舰船总体性能的研究主要是依靠数值计算、水池模型试验、实际海浪环境大尺度模型试验以及实船海试等方法,以上各种方法均有一定的适用范围。实际海浪环境中舰船大尺度模型试验技术是采用适当缩尺比的自航船模在自然水域环境中进行的试验,可以研究舰船在开阔海域自由航行状态下的各项航行性能。分析各种舰船总体性能研究方法的优缺点,针对目前舰船总体性能理论与试验研究存在的问题分析开展舰船大尺度模型海上试验研究的必要性,综述国内外大尺度模型试验技术的发展现状,最后针对该试验技术中的关键技术及热点问题进行总结与展望。

真实海况下船舶水弹性响应及砰击载荷的大尺度模型试验研究

现有的船舶波浪载荷模型试验大多是在水池环境中开展的,然而受水池尺度、造波能力、模型航行范围以及尺度效应等方面的影响或限制,水池模型试验并不能完全真实地反映出实船海上航行时的水动力学性能。事实上,真实海浪具有非线性强、随机性强、方向分布广等特征,因此研究船舶在真实海浪短峰波中的水动力学性能对于指导实船设计研发具有重要的指导意义。实际海浪环境中,舰船大尺度模型试验是一种新型试验技术,综合了水池模型试验和实船海试的部分共同优势。本文提出了大尺度模型波浪载荷与砰击载荷试验技术,建立了一套稳定可靠的大尺度模型海上试验测试系统,并提出了恶劣海况下大尺度模型耐波性及波浪载荷试验实施方案,进而基于大尺度模型试验数据分析了船舶在真实恶劣海况下的运动与载荷响应及砰击载荷特性。

“L”形油池火旋风仿真和中尺度试验研究

为探究“L”形油池火燃烧过程中能否发生火旋风现象和发生火旋风的基本条件,设计了风洞装置模拟环境风场,并将2个方形油池拼接的“L”形油池作为燃烧试验平台,采用FDS场模拟和中尺度火灾试验两种方法进行研究。结果表明:风速在2~4 m/s时,“L”形油池可能出现火旋风现象,热释放速率的大小和风速变化规律是影响计算机仿真和中尺度火灾试验数据差异的主要因素,火旋风从形成到结束分为普通油池火、间歇性火旋风、局部火旋风和扬沸4个阶段,同一油池火在稳定火旋风状态时其燃烧剧烈程度远大于普通油池火,具体表现在最大质量损失速率、平均火焰高度、平均辐射热通量等参数远大于油池火。

土石混合体直剪离散元数值试验研究

工程中普遍存在的土石混合体以其复杂的工程地质力学性质越来越受研究者的关注。由于"块石"的存在使得土石混合体在细观层次上呈现明显的结构性特征,这种结构性将影响甚至控制着其变形破坏机制及宏观力学特征。本文借助三维颗粒离散元分析软件YADE分别从含石量、试样尺寸、强度特性等角度对土石混合体的力学性质开展了一系列的数值直剪试验研究工作,并取得了一些有意义的研究成果:在含石量及粒度组成相同的情况下土石混合体的宏观抗剪强度及剪胀性随着试样尺寸的增加而呈现降低趋势,而在相同试样尺寸下将随着含石量的增加而增加;内部块石的存在影响着其细观应力状态,从而影响其宏观力学特性。

船舶火灾防火设计中舱室及舱壁温度分布试验模拟研究

船舶火灾不同于普通建筑火灾,由于舱室主要由导热性较强的钢质舱壁构成,当发生火灾时,舱室内空气温度和壁面温度将会迅速上升,同时大量热量将通过舱壁向其他舱室扩散,易对其他舱室造成威胁。因此,准确掌握着火舱室内的空气温度以及舱壁温度对于设置对应的防火结构以及防火等级具有重要意义。利用小型试验首先在柴油燃烧情况下对于钢板升温进行了试验研究,同时使用以大涡模拟为湍流模型的火灾模拟软件FDS(Fire Dynamics Simulator)对其进行模拟分析,得出FDS可以用于进行油类火灾中的钢构件温度预估,最终使用FDS对实船全尺度火灾试验进行模拟分析。结果表明,FDS能够较好的预估开口状态下舱室中、上部温度及壁面温度的分布,能够满足工程防火设计需要,可为结构防火设计提供参考。

障碍物对高压细水雾灭火性能影响试验研究

采用全尺度试验方法研究分析了开放空间内通透性挂片格栅、水平电缆桥架和通风管三种类型的障碍物对高压细水雾系统灭火性能的影响。试验结果表明:小断面的障碍物(如通透性挂片格栅、电缆桥架等)对高压细水雾系统的灭火性能没有明显影响;大断面的障碍物(如通风管等)会影响高压水雾的灭火性能,但可以起到一定程度的抑制火焰作用。在设计高压细水雾系统时,应根据喷雾特性、障碍物大小及喷头与障碍物之间的相对位置优化布置,以达到最佳的灭火性能。