层流区Shields曲线分布规律试验

为探明层流条件下Shields曲线的分布规律,运用电荷耦合组件(Charge Coupled Device,CCD)成像技术结合激光扫描及计算机图像处理技术,在水和甘油混合液中对无黏性均匀玻璃颗粒的起动拖曳力进行测量,并根据层流绕流理论建立了无黏性均匀颗粒的滚动起动模型,提出层流条件下无黏性均匀颗粒的量纲一起动拖曳力公式。试验观测发现在层流范围内希尔兹数呈规则的带状分布,流体作用引起颗粒床表面粗化并导致床面颗粒突起减小,使颗粒起动拖曳力增大1倍以上。结果表明颗粒床表面结构性状直接影响着颗粒起动拖曳力的大小,在层流区Shields曲线具有带状分布特性。

波浪及波流边界层泥沙起动规律

基于波浪边界层理论及单向流泥沙起动Shields曲线,推证出波浪泥沙起动Shields曲线;基于波流边界层理论,提出表述波流边界层动力特征的波流比因子X及非线性作用因子Y,并建立了Y与X的相关关系;在此基础之上,结合单向流及波浪泥沙起动Shields曲线,推证出波流共同作用下泥沙起动Shields曲线。结果表明:波浪泥沙起动Shields曲线在层流区与单向流光滑紊流区曲线保持一致,粗糙紊流区与单向流粗糙紊流区曲线保持一致,过渡区线型为折线,由层流区及粗糙紊流区曲线延长交汇获得;X及Y能够合理地表征波流边界层动力对比特征及非线性作用特征;波流泥沙起动Shields曲线介于波浪及单向流泥沙起动Shields曲线之间,随着波流比因子X的不同,依据非线性作用因子Y,自动在波浪及单向流泥沙起动Shields曲线之间非线性过渡。建立的波流泥沙起动Shields曲线与试验结果吻合较好,且能够概括单向流、波浪及波流等不同动力及细沙、粗沙等不同粒径的泥沙起动条件。

单向流边界层泥沙起动规律

Shields曲线常用于表示泥沙起动的临界条件,基于边界层理论,对Shields曲线各个流区的线型进行了推证;考虑粘结力的作用,对Shields参数及Shields曲线进行了修正,并给出修正Shields曲线表达式;在此基础之上,从边界层角度重新阐述了Shields曲线。结果表明:Shields曲线在光滑紊流及层流区呈直线分布,在过渡区与阻力系数线型保持一致,在粗糙紊流区呈水平直线分布;修正后Shields曲线与原始Shields曲线在形式上保持一致,修正Shields曲线表达式与实测数据吻合较好,适用于粗、细颗粒泥沙起动条件的计算;Shields曲线事实上代表了Shields参数与沙粒周围绕流流态的关系,同一颗粒处于不同流区起动时,其起动切应力不同。

泥沙颗粒相对隐蔽度理论分析及其应用

泥沙颗粒相对隐蔽度对泥沙的起动、输移等研究均有重要意义。简要阐述了作者近年来在相对隐蔽度理论分析及其应用方面的部分成果,包括:基于不同维度的相对隐蔽度及隐蔽度的分布规律;基于隐蔽度分析的底坡、岸坡及床面上泥沙起动流速;基于隐蔽度分析的宽级配非均匀沙起动特性Shields带状曲线成因分析以及基于隐蔽度分析的泥沙颗粒水下内摩擦角试验等相关研究,最后对泥沙颗粒相对隐蔽度的实验研究提出了展望。

水下淹没建筑物局部流场数值模拟及河床冲刷分析

采用二维沿水宽平均的水流数学模型对河流中淹没建筑物附近的流场进行了数值模拟。通过将水流在河底的剪应力与相同条件下Shields曲线对应的泥沙临界起动拖曳力做对比,判定河床冲刷与否。文中计算了当淹没建筑物对河道断面压缩比例不同时的流场,给出淹没建筑物下游局部漩涡范围、局部冲刷范围及根据临界剪应力判断的最大冲深部位。结果表明:计算得出的结论合乎规律;当淹没建筑物压缩河道比例小于50%时,在建筑物下游形成一个小范围的漩涡,不是河床冲刷的主因;随着压缩比逐渐增大,建筑物下游漩涡区也增大,由一个涡变化为两个涡,转变为河床冲刷的主要原因。

泥沙颗粒起动时明渠阻力方程

在对泥沙起动的Shields曲线与明渠阻力特性之间的关系进行分析后 ,指出了无因次起动切应力与相对等效粗糙突起高度之间存在比例关系 .利用 1 82组实测资料求得了用阻力系数表示的泥沙起动阻力方程 ,该方程与泥沙粒径无关 。

波浪作用下孤立砂球稳定性条件研究

波浪作用下大块石稳定性条件的研究,不仅是泥沙运动力学急待发展的内容之一,也是抛石工程合理化设计的重要问题。在收集大量国内外有关研究资料的基础上,分析了在波浪作用下大块石的受力状况,得出当大块石处于失稳临界状态时,其所受失稳应力与其自身有效容重和其当量直径乘积的比值是雷诺数、斯特鲁哈尔数及块石水下休止角的函数。为排除块石形状和块石间相互支撑形式不规则等干扰因素的影响,采用固定钢圈支撑孤立水泥砂球,在波浪槽中进行试验研究。根据试验资料,在斯特鲁哈尔数大于10的条件下,验证了当沙粒雷诺数达到105以后Shields曲线出现跳跃的事实。

波浪作用下珊瑚砂的起动研究

本文概述珊瑚砂的物理特性,测量到珊瑚砂起动的起动波高以及对应的近底流速。总结了理论研究的两种基本方法,依托得到的数据并结合泥沙起动的Shields曲线得到适用于珊瑚砂起动的Shields曲线,对今后的珊瑚砂研究具有一定的参考意义。

天然明渠泥沙起动条件浅析

关于泥沙起动的问题,国内外已有很多研究,迄今为止已经提出了许多公式.尽管这些公式都符合理论并且得到了经验或者半经验的验证,但公式差别较大.这主要是由于泥沙起动的随机性和复杂性所致.本文叙述了泥沙起动的条件以及目前普遍采用的shields曲线的发展,同时针对均匀无粘性泥沙,非均匀泥沙和粘性泥沙三种情况归纳了目前普遍采用的公式以及给出了在实际测量中的建议.