不同来水流量下黄土堰塞坝溃口展宽历程的水槽试验研究

黄土在水流作用下容易遭受侵蚀,不同流量的来水对黄土堰塞坝的溃决过程和溃口扩展方式有显著影响。该文通过一系列水槽实验,流量分别为0.6 L/s、0.8 L/s、1.0 L/s、1.2 L/s和1.5 L/s,得到以下结论:①当来水流量Q≤1.0 L/s时溃口展宽为短暂历程,经历溃口贯通一个过程;来水流量Q>1.0 L/s时溃口展宽为完整历程,经历溃口贯通、快速发展、稳定三个过程;②溃口快速发展阶段中,侵蚀深度和坡角控制着溃口两侧土体的稳定性,坝顶溃口形态以及溃决流量的变化反映侵蚀方向和强度的变化;③黄土的水敏性促进了管涌现象的出现,使得坝体内部侵蚀更为剧烈,导致溃口展宽出现短暂历程;④完整历程模式下洪水迅速强烈地冲击下游,而短暂历程模式需要持续稳定的应急措施来应对洪水风险。能够为黄土堰塞坝的溃决机理和防治措施提供参考支持。

深水测试平台地面管道冲蚀速率预测模型

深水测试平台地面管道易受高压携砂介质冲蚀损伤,准确预测其冲蚀速率,对保障其运维安全具有重要意义,但常用Tulsa冲蚀预测模型主要针对碳钢和铝材,不适用于深水测试平台地面管材为低合金钢AISI4130特殊材质的冲蚀预测。为了扩大Tulsa模型在深水测试平台地面管道冲蚀速率预测的适用性,采用显示动力学方法建立了颗粒冲击靶材的有限元模型,考虑颗粒冲击速度与冲击角度对冲蚀预测模型关键参数的影响,从而改进Tulsa模型中的关键参数,最后将改进后的冲蚀速率预测模型计算结果与文献实验数据以及Tulsa模型计算结果进行了对比。结果表明:①颗粒冲蚀靶材的机理主要是切削和变形磨损,冲蚀速率随颗粒冲击角度增大呈先升高后下降趋势,最大值出现在30°;冲击速度增加引起冲蚀速率呈幂函数升高;②通过模拟颗粒多角度冲击靶材的情况,得到了更加准确的颗粒冲击靶材的分段多项式函数,相较原Tulsa模型仅通过10°与15°两种冲击角度试验,拓宽了Tulsa模型在深水测试平台地面管道冲蚀速率预测的适用性,其中分段角度为30°,与冲蚀速率最大值出现在30°的冲击角度相对应;③颗粒冲击速度较大时(大于10m/s),改进后的预测模型计算结果优于Tulsa模型计算结果,且相对误差随冲击速度的升高而减小,表明本文预测模型适用于深水测试平台介质高速流动的实际工况。

基于CFD-DPM模型的T型网式过滤器冲蚀特性模拟与分析

为分析滤网冲蚀情况,采用多孔阶跃模型和滤网缩尺模型,结合CFD-DPM两相流模型通过主因素分析方法对滤网冲蚀速率规律进行数值模拟分析与预测,探求整体不同区域滤网的冲蚀效应情况,并通过基于正交试验的多因素主效应分析得出各因素对最大冲蚀速率的影响显著性大小.结果表明:在一定范围内最大冲蚀速率与颗粒粒径呈负相关而与质量流率、流速呈正相关;滤网表面中滤孔面普遍比迎水面更易受冲蚀破坏,背水面几乎不受冲蚀影响;颗粒粒径、质量流率对冲蚀高发区域范围大小影响较小(面积增幅为15.0%~16.7%),而流速对其影响较明显(面积增幅为50.0%);显著性检验中,流速、质量流率、颗粒粒径对最大冲蚀速率的P值分别为0.01280,0.00269和3.712×10^(-9),均呈显著性相关.

不同参数影响下空间型管路冲蚀率的非线性回归分析

针对压裂液中携带的固体颗粒对管道冲蚀磨损导致的管件失效问题,采用ANSYS-Fluent软件对不同流体参数以及结构参数下管道的冲蚀磨损进行数值模拟,得出入口流速、颗粒直径、质量流量、黏度、以及弯管直径与空间型管路最大冲蚀率的最佳非线性曲线拟合方程。研究表明:流速、颗粒直径、黏度分别与最大冲蚀速率成二次函数关系;质量流量、弯管直径分别与最大冲蚀速率成幂函数关系。通过正交试验研究各参数对最大冲蚀速率的综合影响,运用SPASS软件对拟合方程进行多元非线性回归分析,得到冲蚀磨损的预测模型。结果表明,得出的非线性回归方程拟合程度高,能较好地反映各因素对空间型管路最大冲蚀率的影响规律。

近50年青海省风蚀气候侵蚀力时空演变趋势

利用青海省43个气象站1961-2010年的观测资料,选择联合国粮农组织给出的风蚀气候因子指数计算公式,计算了青海省风蚀气候因子指数值,以此阐述了风蚀气候侵蚀力的基本特征.结果表明,多年平均风蚀气候因子指数C值得分布范围为-12.9～160.1,整个青海省的平均值为32.4;从空间分布来看,C值由西北部向东南部呈减小趋势,最大值出现在柴达木盆地的茫崖;风蚀气候因子指数具有显著的月际和季节变化,春季最大,冬季次之,夏季最小;近50 a来风蚀气候因子指数总体上呈现减小趋势,说明风蚀气候侵蚀力在降低;风蚀气候侵蚀力主要受风速的制约,与降水和沙尘暴日数的关系不显著.

土层结构对管涌发展影响的试验研究

不同的土层结构对管涌的发生发展有着很大影响,对3种典型的土层结构进行了管涌发展的砂槽模型试验,观察并分析了管涌发生、发展的机理和过程。试验结果表明,双层堤基的砂砾石表面夹一层很薄的无黏性粉细砂时,管涌破坏前出水口的流量很小,临界水力梯度也较小,管涌破坏发生后通道发展速度很快,较短的时间内就会贯通,管涌破坏的机理与双层堤基不同;而在砂砾石层一定深度内夹有一层粉细砂将使堤基管涌破坏的临界水力梯度大大提高,然而一旦管涌破坏发生后涌砂量和侵蚀速率将很大,形成的通道深度较大,若不及时采取有效措施,当通道规模发展到一定程度后,通道上部会发生塌落而使堤坝产生溃口,进而使堤坝溃决。

青海省冬春季风蚀气候侵蚀力和起沙风日数的区域变化差异特征

利用1961—2015年青海省43个气象站观测资料,选择联合国粮农组织给出的风蚀气候因子指数计算公式,计算和统计了青海省和4个不同生态功能区冬、春季风蚀气候因子指数值和起沙风日数,以此分析研究了风蚀气候侵蚀力和起沙风日数的基本变化特征。结果表明:青海省和4个生态功能区冬、春季风蚀气候因子指数和起沙风日数整体上呈现显著减小趋势;风蚀气候因子指数和起沙风日数的空间分布特征完全一致,均整体呈现出从西部向东部减小的分布特点。以大柴旦、格尔木、曲麻莱和杂多为界分为东西两区,东区的C值和起沙风日数大部分分别在40,10 d以下,以诺木洪、天峻和刚察为中心分别向南向北逐渐减小;西区的C值和起沙风日数均分别大于40,10 d以上,从西向东逐渐减小;冬春季风蚀气候因子指数和起沙风日数分别在1992年、1997年发生突变,且分别在1995年和1999年进入显著下降趋势;影响青海省和4个生态功能区冬、春季风蚀气候因子指数的气象因素存在差异,同一影响因素在不同地区的影响程度也不同。在干旱的柴达木盆地主要受制于风速的作用,东部农业区和环青海湖区则受风速和降水量的影响,三江源地区和全省则受风速、温度和降水等的共同作用与影响;青海省和4个生态功能区气候呈暖湿化发展、植被覆盖缓慢上升及风速显著下降趋势,将为防治风蚀气候因子指数的发生提供有利条件。

黄土高塬沟壑区道路排水沟侵蚀产沙试验

为给黄土高塬沟壑区道路排水沟水土流失测算及其防护提供科学依据,采用野外原位放水冲刷试验方法,在放水流量10~50 L·min^(-1)和坡度4°~10°条件下,对土质道路裸露排水沟和植被排水沟的侵蚀产沙规律进行试验研究。结果表明:放水流量和坡度增大,裸露和植被排水沟的径流含沙量和土壤剥蚀率均成倍数增大,与放水流量呈显著指数函数关系;同一试验条件下,裸露排水沟的径流含沙量和土壤剥蚀率分别是植被排水沟的1.3~1.7倍和1.4~2.2倍。放水流量和坡度对裸露排水沟径流含沙量的影响较为接近,而植被排水沟径流含沙量主要受放水流量影响;不论裸露还是植被排水沟,放水流量对土壤剥蚀率的影响都远大于坡度。

利用风洞实验研究~7Be示踪估算土壤风蚀速率的可行性

以黄土高原水蚀风蚀交错带沙黄土为研究对象,利用室内风洞模拟实验对7Be示踪估算土壤风蚀速率的可行性进行探讨。由于风蚀过程易带走土壤细颗粒,且7Be在土壤细颗粒中含量较高,所以利用7Be水蚀模型计算的土壤风蚀速率高于实测值。实验中发现样点风蚀后和风蚀前土壤颗粒比表面积之比与样点风蚀后7Be含量之间存在幂函数关系,基于此,提出颗粒校正系数(P)的计算式,并将P引入到7Be水蚀模型对其进行修正。计算分析发现,和实测值相比,利用修正模型计算的土壤风蚀速率误差均不超过5%,这说明经过修正的7Be水蚀模型能较准确地估算土壤风蚀速率,利用7Be示踪技术估算土壤风蚀速率是可行的。研究为进一步利用7Be示踪技术调查黄土高原水蚀风蚀交错带土壤风蚀问题奠定了基础。

非均匀流与颗粒组成对管涌影响的试验研究

管涌的发展是个复杂的过程,受多种因素的影响,针对水流条件和试样颗粒组成两个因素进行了管涌发展的砂槽模型试验研究,观察并分析了2种典型的非均匀水流条件和3种试样颗粒组成下管涌发生发展的过程。试验结果表明,水流发散时,管涌口流量较小,管涌破坏的临界水力梯度大,侵蚀速度慢,侵蚀发生前试样内的水力梯度沿着水流发散方向逐渐减小;反之,水流汇聚时,管涌口流量大,管涌破坏的临界水力梯度小,侵蚀速度快,侵蚀发生前试样内的水力梯度沿着水流汇聚方向逐渐增大。此外,在相同的水流条件下,当试样中的细颗粒越粗时,管涌发生的临界水力梯度越大,管涌通道发展的速度也就越慢。

黄河下游黏性泥沙的冲刷速率研究

由于黄河下游河床中黏性泥沙与非黏性泥沙的抗冲性明显不同,导致黄河下游河势畸形、河岸坍塌等现象频发。选取黄河下游花园口附近河床中3种不同颗粒级配黏性泥沙进行抗冲刷试验,建立不同淤积固结状态下黏性泥沙冲刷速率与相对剩余切应力的关系,分析黏性泥沙干密度、中值粒径对冲刷速率、冲刷系数、能量指数的影响。结果表明:对于不同颗粒级配的黏性泥沙来说,其冲刷系数随着干密度的增大而减小;能量指数随着干密度的增大而增大;能量指数与相对剩余切应力近似成2次方关系;泥沙中值粒径在6.1~804.0μm范围内时,冲刷系数随中值粒径的增大呈现出先增大后减小的趋势;能量指数随中值粒径的增大呈现出先减小后增大的趋势。

基于正交试验研究影响塔筒磨损率的主要因素

采用正交试验，对风力机塔筒用主要材料Q345E钢在气固两相流下的冲刷磨损行为进行研究，分析了影响磨损率的主要因素。结果表明：风速造成的磨损率最大，其次是粒径，最次是冲击角度。得到的最大磨损率影响组合为：风速17．4m／s，粒径0．109-0．212nll／l，冲击角度45°。

飞灰冲刷角度变化对锅炉常用钢材磨损影响的试验研究

在试验研究和理论分析的基础上,本文定义了一个无固次角度系数,并用于定量反映塑性材料的冲蚀磨损率随飞灰冲刷角度变化的规律,同时建立了无因次角度系数计算式,可供工程实际应用.

考虑内部侵蚀作用的砂土应力应变特性

为了研究内部侵蚀作用下砂土应力-应变特性,通过盐溶法进行一系列室内三轴剪切试验,研究了3种间断级配砂土由于内部侵蚀导致细颗粒流失后的应力-应变行为。通过在制样过程中向砂土样中加入一定量的盐,并在受控侵蚀条件下将盐溶于水中,以实现内部侵蚀过程中细颗粒的指定损失,然后对损失后试样进行了三轴压缩试验,研究了不同细颗粒流失量和不同间断级配条件下砂土的应力-应变特性。研究结果表明随着砂土细颗粒流失量的增加,砂土试样的破坏强度峰值呈逐步降低趋势,摩擦角φ逐步减小,大致呈线性规律,间断级配1、2和3型砂土摩擦角φ分别下降了5.8%、4.3%和4.5%;相同围压作用下砂土试样破坏强度峰值随着细颗粒含量占比的增加呈递减趋势,且围压越大,破坏强度峰值增加越明显;砂土的粗颗粒含量越大,其摩擦角φ越大。

防磨涂料耐冲蚀磨损性能的试验研究

本文对４种防涂料及２０＃碳钢进行厂耐冲蚀磨损性能的试验研究．根据理论研究及分析，确定了计算相对磨损量的数学模型．通过试验数据的回归处理，分别获得其重量相对磨损率与体积相对磨损率的计算公式．由４种涂料的耐磨性能分析及与２０＃碳钢的相对比较，发现其中一种涂料的耐磨性能明显高于２０＃碳钢，而且便于制造与维护，具有较高的实用价值．对燃用高灰分燃料的电站锅炉（或其他行业）具有良好的应用前景．

库岸有限厚度粉质黏土冲蚀演化规律及预测

土体冲蚀流失是塌岸发展和库岸再造的重要诱发因素。为准确预测水流作用下岸坡土体流失进程,自主研制了能够实时精确量测土样质量变化的新型冲蚀试验装置,开展三峡库岸粉质黏土冲刷起动和冲蚀进程试验,分析有限厚度土体冲蚀演化规律和影响机制,并建立预测模型。结果表明:有限厚度土体的总冲蚀量随时间增加但增速逐渐趋缓,冲蚀速率逐渐衰减,且冲蚀速率及其衰减程度均与孔隙比或流速成正比;将反映密实度的孔隙比和反映剪切力的水流速度嵌入预测模型能较好地拟合粉质黏土冲蚀演化进程曲线。建立的有限厚度土体冲蚀进程预测模型,为水流冲刷作用下岸坡形态变化趋势预测研究提供参考。

非均匀流条件下的管涌试验研究

通过自行设计的室内模型试验对非均匀水流条件下堤基管涌破坏规律进行对比研究,结果表明:从小截面进水时,管涌口流量较小,管涌破坏较难发生,临界水力梯度较大,且侵蚀速度较慢,通道发展深度较小;反之,从大截面进水时,管涌口流量较大,管涌破坏容易发生,临界水力梯度小,且侵蚀速度很快,通道发展深度较大。同时对试验过程中累计涌砂量以及孔隙率随时间变化的规律进行了分析,并得到其拟合模型。

100Hz重复频率试验台RRTS及混合式开关CS电极磨损

本文描述一种适用于测试脉冲功率中高平均功率元件性能和寿命的试验台,其重复频率可达100Hz。文中分析了C-L-C谐振充电回路。测得CS开关两种电极材料的磨损特性。RRTS可以用来测试和执行认可,以及评估重复频率开关、脉冲电容器,脉冲变压器等性能和寿命,亦可作为准分子激光及医用激光的高重复频率供电电源之用。

重庆市四面山4种森林群落面源污染控制功能分析

以重庆市四面山4种森林群落为研究对象,选取林冠截留率、林地土壤毛管孔隙度、林地土壤非毛管孔隙度和林地0～20cm土壤抗冲刷系数为分析指标,运用灰色关联度法对4种森林群落的面源污染控制功能进行研究。结果表明:在4种森林群落中作为天然林的楠竹林灰关联度值最大为0.8877,面源污染控制功能最好,其次是人工阔叶林(0.7794)和人工混交林(0.6992),人工针叶林(0.6361)面源污染防控能力相对较弱。在人工林方面,阔叶林灰关联度值最大为0.7794,面源污染防控能力最好,其次是针阔混交林(0.6992),针叶林灰关联度值最低为0.6361,其面源污染防控能力较弱。

含砂水流作用下尾矿侵蚀试验装置设计及应用

为探究尾矿坝漫顶渐近破坏侵蚀特征,基于泥沙动力学理论,研制含砂水流条件下尾矿侵蚀试验装置;采用透明亚克力板制作的水平管观察尾矿试样被侵蚀前后的高度变化,通过变频器无级变速水流,同时采用游标卡尺、高速摄像机记录试样侵蚀前后的侵蚀高度及侵蚀时间;采用研制的侵蚀试验装置测量不同质量分数(0%、3%、6%、9%)含砂水流作用下尾矿侵蚀速率,分析含砂水流及流速对尾矿的侵蚀特征。结果表明:尾矿侵蚀速率在清水作用力下最大,且随水流中含砂量的增加而减小,该结论与前人研究成果相吻合,证明该试验装置具备一定的可行性和有效性。