U形渠道圆头量水柱的数值模拟

为进一步研究U形渠道圆头量水柱过流特性及测流精度,利用Flow-3D软件对U形渠道圆头量水柱水力特性进行数值模拟,将渠道水流流态及水面线的实测值与模拟值进行对比,同时研究不同规格的圆头量水柱流量与驻点水深的关系及水头损失情况,并拟合出其流量公式。结果表明:模拟值与实测值的相对误差10%,两者具有较好的一致性,数值模拟结果可为圆头量水柱的结构优化提供依据。流量与驻点水深有很好的线性相关关系,相关系数0.98;水头损失随收缩比的减小而增大,相比量水槽水头损失较小,但顺流长度过大,水头损失反而增大;根据数据拟合出的流量公式,最大相对误差为9.74%,平均误差为2.66%,满足精度要求。     

梯形渠道梯形喉口量水槽水力特性初探

【目的】设计一种体型简单、过流能力强的梯形渠道梯形喉口量水槽,为提高小流量时的测流精度和减小大流量时的水头损失提供支持。【方法】对梯形渠道4种喉口收缩比ε(0.427,0.506,0.557,0.681)的梯形喉口量水槽,分别在12种流量(15.39L/s,19.44L/s,23.62L/s,29.39L/s,35.91L/s,39.15L/s,45.00L/s,49.59L/s,54.28L/s,61.15L/s,65.70L/s,71.96L/s)工况下的测流精度、水头损失、临界淹没度、适宜喉口收缩比等水力性能进行试验研究,通过观测15个控制断面的水深分析水面线的变化规律及流量与收缩比、上游水深的关系,并对自由出流条件下的流量公式进行拟合。【结果】梯形喉口量水槽的上游水深与流量间存在良好的指数关系,相关系数高达0.998 6;设计梯形喉口的量水槽有效改善了梯形渠道测流的测流误差和水头损失,喉口收缩比为0.427~0.557时,实测流量与计算流量的最大相对误差为4.643%;喉口收缩比为0.506~0.681时,水头损失最大为上游总水头的12%左右,较长喉道水头损失有所减小;梯形喉口量水槽具有较高的临界淹没度,临界淹没度变化范围为0.85~0.93;综合考虑水头损失及测流精度,较适宜的喉口收缩比为0.506~0.557,喉口倾角为70°~78°。【结论】梯形喉口量水槽为灌区梯形渠道量水槽的设计提供新思路。     

U形渠道圆头量水柱水力性能影响因素研究

【目的】基于临界流原理,研究不同因素对U形渠道圆头量水柱水力性能的影响,为其在我国北方灌区的推广应用提供参考。【方法】对U形渠道上6种喉口收缩比(ε=0.75,0.70,0.63,0.56,0.50,0.44)的圆头量水柱在5种流量(Q=0.015,0.025,0.035,0.045,0.055m3/s)、4种渠道比降(i=1/1 000,1/2 000,1/3 000,1/5 000)下的测流公式、适宜喉口收缩比、水头损失、临界淹没度、测流精度等水力性能进行试验研究。【结果】圆头量水柱的驻点水深与流量间存在良好的指数相关关系,相关系数达0.997。根据试验数据回归分析得到了4种渠道比降的流量计算公式,公式符合量纲和谐原理,满足了测流精度的要求,实测流量与计算流量之间最大误差为6.79%;圆头量水柱的适宜喉口收缩比为0.50~0.70时,上游壅水高度和水头损失均较小,且临界淹没度较高,可达0.90。【结论】圆头量水柱具有结构简单、抗淤堵等优点,适合在我国北方多泥沙水源的渠道中应用。     

D50型U渠专用测流堰的结构设计及性能研究

为了进一步研究渠道水力特性,完善渠道量水技术,实现灌区用水量的有效监测控制,以D50型U渠为例,基于堰流原理,设计了一套由三角型、平顶型和复合型组合而成的便捷式测流装置,并以流量、断面位置等因素为变量因子,对不同工况下渠道断面的流速、水位进行测定分析。结果表明:测流装置的安置会引起上游渠道水流流速和水位的分布变化;随着测流装置安置位置与测试断面的距离增大,水流流速先增大后趋于稳定,水位先下降后趋于稳定;各断面的水位随着流量的增大而增大,二者呈幂函数关系或多项式关系,且这种关系会因测流装置的不同而表现出差异;三角型测流装置适用于小量程测流,平顶型测流装置使用于大量程测流,复合型测流装置的测流量程最大。该研究成果可为促进农田节水灌溉、优化水利资源管理提供技术支撑。     

改性聚乙烯软管沿程水头损失的试验研究

试验表明,薄塑软管中的水流流态属光滑管紊流,它与一般塑料硬管在输水性能上的差别是:水流断面可随工作压力变化,因此其沿程水头损失和沿程阻力系数不仅取决于雷诺数,与其流量和直径有关,同时还受管首工作压力的影响。分析提出了薄塑软管断面呈全圆形时,管首工作压力一定和变动下的沿程水头损失及沿程阻力系数的经验公式。经验证,符合应用要求。     

基于混合模型的管道输沙特性数值模拟研究

【目的】探索管道水沙两相流的流场结构和输沙特性,为进一步研究管道输沙过程中阻力损失随含沙量、流速等的变化规律奠定基础。【方法】采用多相流混合模型和标准k-ε湍流模型,利用管道清水层流和湍流流场模拟,验证所选模型的可行性,并将模拟得到的管道流场以及阻力情况与实测值和计算值进行对比,确定模型参数,进一步结合小浪底水库现场管道抽沙试验,对管道流量(Q)为620和950m3/h工况下含沙量(Cv)分别为3.74%,10.53%,22.64%,37.74%和45.28%的5种含沙水流进行数值模拟计算,并分析其流场结构和流速、含沙量的垂向分布等水力特性。【结果】根据模拟值与实测值以及计算值的综合对比情况,选定粗糙度0.6mm、粗糙常数0.6、入口湍流强度25%为参数组合来模拟分析管道含沙水流的流动特性,得到了5种含沙量工况下管道输沙过程中的水沙两相流分布和管道横断面的流速分布,以及5种含沙量下横断面流速的垂向分布和含沙量的垂向分布规律,具体表现为:在管道流量Q=620和Q=950m3/h时,管道中心断面水沙呈上小下大的悬移质分布形态,随着水流含沙量的增加,管道底部沙量逐渐增大,当含沙量增加至45.28%时,管道中的水沙几乎为稠密的沙浆,在垂向分布上管道含沙量出现顶部小而底部大的现象。另外,管道的断面流速呈现出顶部流速大而底部流速小的现象,且随着含沙量的增大,高流速区扩大且逐渐向管道顶部上移,与大流量工况相比,小流量时高流速区集中且上移明显。垂向流速分布不再呈对称分布而出现管道顶部大、底部小的分布形态,且随着含沙量增大,不对称性更加明显。【结论】多相流混合模型可用于管道输沙流场的模拟计算,模拟结果表明,挟沙水流极大地改变了管道清水流场时呈轴对称分布的流速形态,表现为管道顶部低含沙区流速大,底部高含沙区流速小,且含沙量越高,不对称性越显著;随着流速增大,水流挟沙能力大大提高,流速分布的不对称性显著降低。     

复式交汇河道水流紊动特性分析

利用室内水槽模型,深入模拟了交汇的复式河道水流的流态.采用三维多普勒三向流速仪对复式交汇河流不同垂线的脉动流速进行了观测,并对下游某一断面的时均流速、紊动强度、雷诺应力等沿垂线的分布规律进行了分析.结果表明:在滩槽交界附近存在一个流速间断面,在这个区域水流所受阻力较大,过汇流口后,水槽内水流流态基本符合明渠流动特性.     

量水槽出口宽度对堰槽组合量水设施过流能力的影响

【目的】研究量水槽出口宽度对堰槽组合量水设施水力性能及对测流的影响，为扩大堰槽组合量水设施的适用性提供参考。【方法】对3种量水槽出口宽度（b=25，35和45 cm）在不同流量（5～71 L/s）下的35种工况进行水力性能试验，通过中垂面30个测点的水深及垂线平均流速变化，分析出口宽度对设施中垂面水面线和佛汝德数（Fr）沿程变化的影响，明确槽内流和堰槽流的流量阈值；根据流量（Q）与量水槽内测点水深的相关性，分析量水槽出口宽度对流量系数的影响，并建立不同量水槽出口宽度下的流量公式。【结果】3种量水槽出口宽度条件下，中垂面水深和Fr的沿程变化均表现出相似的规律，即中垂面水深在上游段表现稳定，进入量水槽后逐渐下降至出口后的薄水层区域；Fr值在上游段相对平稳，保持在0.1～0.2，进入量水槽后逐渐增大至最大值1.2～1.5，且增大速率沿程变大。上游段的水深和量水槽内的水深均随量水槽出口宽度的增加而减小，出口段、薄水层区域和下游壅水区域的水深受量水槽出口宽度影响不大。上游段至量水槽内部过渡扭面段的Fr值随量水槽出口宽度的增加而增大，量水槽内部梯形窄段的Fr值随着出口宽度的增加而减小。同一量水槽出口宽度下，槽内流的流量系数随流量的增加而增大，堰槽流的流量系数随流量的增加而减小。同一相对作用水头下，槽内流的流量系数随量水槽出口宽度的增加而减小，堰槽流的流量系数随出口宽度的增加而增大。基于建立的3种量水槽出口宽度下的流量公式，得到的流量计算值与实测值的相对误差均在2%以内，使堰槽组合量水设施的适用范围进一步扩大。【结论】量水槽出口宽度对上游和量水槽内的水深有明显影响，出口宽度的增加能够增大堰槽组合量水设施的流量阈值及过流能力，并使临界水深的断面位置向下游推移。     

圆柱式滴头内镶及外包对滴灌毛管水力特性影响的模拟研究

目的 研究圆柱式滴头镶嵌方式对滴灌毛管水力特性的影响。方法 对2种内镶式滴灌毛管和1种外包式滴灌毛管进行灌水试验,同时采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics, CFD)方法对3种滴灌毛管进行数值模拟并验证。在此基础上,对不同滴头流量下内镶式及外包式滴灌毛管水头损失及铺设长度进行模拟计算。结果 滴头内镶式及外包式滴灌毛管总水头损失模拟值略低于实测值,滴头外包式滴灌毛管模拟值与实测值相对偏差较小;滴头镶嵌方式对滴灌毛管水力特性影响显著,滴头外包式滴灌毛管相较滴头内镶式滴灌毛管总水头损失较小,总水头损失减小比例超过49.2%,且随滴头流量增加总水头损失减小比例逐渐增大;滴头外包式滴灌毛管最大铺设长度较滴头内镶式滴灌毛管更长,长度增加了21.6%~56.9%;滴头内镶式滴灌毛管总水头损失相对更大的主要原因是断面流速再分布引起压力梯度急变消耗了大量水流能量。结论 滴头外包式滴灌毛管水力性能优于滴头内镶式滴灌毛管,对于长距离经济作物滴灌系统设计,可优先考虑滴头外包式滴灌毛管。     

龙首二级水电站枢纽泄水建筑物布置的试验研究

龙首二级水电站的泄水建筑物为岸边陡槽溢洪道和泄洪冲沙洞。泄水建筑物单宽流量大、水头高、流速大,并且下游消能区自然条件较差,高速水流的流态控制和消能防冲问题突出。本文介绍泄水建筑物布置方案及消能防冲问题的试验研究成果。     

基于CFD的客车空气动力学分析

为了解决客车在高速行驶时,气动阻力急剧增加,耗油量增加的问题,针对某国产大型客车的简化模型及改进模型,应用计算流体力学原理和方法对模型的外流场进行了数值模拟,得到了两种客车模型的表面压力分布、速度矢量分布以及气动阻力系数等气动特性．对比分析表明：增大前围与顶部的圆角可以降低客车气动阻力,但是对后部流场影响很小．     

宁南山区典型旱作农耕地土壤特性分析

对宁南山区3种典型耕地坡耕地、川道地和水平梯田进行了物理性质的分析,结果表明土壤容重表现为坡耕地>水平梯田>川道地,坡耕地土壤容重比水平梯田高9.24%,比川道地高14.04%。土壤团聚体总体表现为川道地优于坡耕地,坡耕地比水平梯田略好。土壤总孔隙度川道地为53.03%,水平梯田为50.54%,坡耕地为49.84%。毛管孔隙变化不大,非毛管孔隙,坡耕地小于川道地和水平梯田,土壤透气度川道地>坡耕地>水平梯田。0-80 cm土层土壤饱和持水量川道地>水平梯田>坡耕地,在耕作层则是坡耕地>川道地>水平梯田。毛管持水量坡耕地>川道地>水平梯田,田间持水量坡耕地>水平梯田>川道地,在0-40 cm则表现为坡耕地>川道地>水平梯田。土壤入渗趋势均表现为幂指数方程变化,土壤稳渗速率川道地为0.69 mm/min,坡耕地为0.64 mm/min,水平梯田为0.46 mm/min。     

水田改种香蕉园土壤养分含量及酶活性变化

[目的]为了科学地种植香蕉或其他经济作物,研究水田改种香蕉后土壤理化性质的变化。[方法]通过对海南琼海市塔洋镇具有代表的水田改种香蕉园土壤取样,并与其附近未改种的水田土壤比较,探讨土壤养分含量及酶活性的变化。[结果]水田改种香蕉园土壤全磷、全钾、速效磷、速效钾、碱解氮含量和pH值均出现了明显的增加;土壤有机质和全氮没有表现明显变化;香蕉土壤有效性锰含量比水田的显著增加,而有效性铁含量却显著降低;香蕉土壤蔗糖酶活性较水田显著增强;土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾和酸碱度与蔗糖酶活性均表现极显著相关。[结论]蔗糖酶活性可作为评价水田改种香蕉土壤肥力的敏感指标。     

模拟静电场实验中的误差与处理方法

用理论分析和实验数据相结合的方法探讨模拟静电场实验,得到产生误差的原因,并提出使用高阻数字电压表测量电压减少误差的处理方法.     

我国不同利用方式土壤四环素类抗性基因积累的研究

为研究我国不同地区的不同利用方式和不同种植年限土壤中抗生素抗性基因绝对丰度的变化，揭示抗性基因在农田土壤中的积累情况，以黑龙江（HLJ）、吉林（JL）、辽宁（LN）、内蒙古（NMG）、新疆（XJ）、甘肃（GS）、云南（YN）、江苏（JS）、湖北（HB）、广东（GD）、海南（HN）、山西（SX）、河南（HEN）、山东（SD）14个省份的土壤为试材，依据土壤利用方式（露地粮田、露地菜田和设施菜田土壤）和种植年限（1~3、7~10 a和15 a以上）设置9个处理，共378个样品。采用普通PCR和荧光定量技术对四环素类抗性基因进行定性和定量分析。四环素类抗生素的4种抗性基因（tetM，tetO，tetQ，tetW）在设施菜田土壤中的绝对丰度显著高于露地粮田和露地菜田，设施菜田绝对丰度范围为3.96×10⁴~6.36×10⁸ copies·g^-1，露地粮田为2.16×10³~2.18×10⁶ copies·g^-1，露地菜田为1.16×10⁴~2.48×10⁷ copies·g^-1。4种抗性基因的最高丰度出现在不同种植年限、不同土壤利用方式中的不同省份，但设施菜田3、7 a和15 a的各省份土壤均显著高于相同年限的露地粮田和露地菜田，设施菜田7 a和15 a显著高于3 a。露地粮田、露地菜田的4种抗性基因积累与利用年限无显著线性关系，而设施菜田的抗性基因积累与利用年限存在显著正相关关系。研究表明，四环素类抗性基因已在我国不同地区的粮田、露地菜田和设施菜田土壤中普遍存在，其丰度在设施菜田土壤中显著高于露地菜田和露地粮田土壤，且在设施菜田中与利用年限显著正相关。     

冬季田间农作物对环境空气负离子浓度影响的研究

对油菜田、小麦田以及相邻空地的空气负离子监测,研究了冬季油菜和小麦对空气负离子的贡献。结果表明:油菜和小麦能增加周边环境中空气负离子浓度,且在幼苗期表现明显;油菜和小麦虽属不同的科,但对环境中空气负离子产生的贡献无明显差异。     

东北冬季气温异常与全球前期海温的关系及可预测性分析

对1959-2002年东北地区均匀分布的74个测站冬季（12～2月）月平均气温资料进行EOF分解,并利用EOF1时间系数和1958—1999年网格月平均海面温度场（简称为GISST）海温资料（1°×1°）场资料,探讨了东北冬季气温异常与前期全球海温的关系,确定了具有显著影响的关键时段的关键海区,并进一步探讨了前期关键区海温对冬季气温异常的可预报性。结果表明,冬季气温与前期海温具有较显著、较稳定的相关关系,冷、暖冬预测可以把选定时段和海区的海温作为一个重要的影响因素,且误报率很低。     

高强度脉冲电场灭菌关键因素的分析

论述了高强度脉冲电场的灭菌机理,影响灭菌率的因素,其中包括电、微生物和试验对象等因素,和当前脉冲电场技术应用主要存在的一些技术障碍和局限性。综合考虑这些因素,为进一步研究提供理论依据。     

生理电场对早期胚胎发育的影响

胚胎发育涉及一系列复杂的生理学、细胞生物学以及基因组学过程。已有研究表明,胚胎发育早期特别是原肠胚和神经胚时期存在着一定强度的内源生理电场,当存在类似内源生理电场强度的外源电场时,能引导细胞迁移、控制细胞极化、调节细胞增殖和分化,从而在一定程度上影响胚胎发育。本研究主要就内源生理及外源电场对胚胎发育的引导或干扰作用进行综述,以期为胚胎发育研究提供新思路。     

涡旋场的漂移运动

把单粒子模型中粒子导向中心漂移现象推广到磁流体力学和等离子体中去。由磁场的冻结效应引进了磁场的漂移运动的概念。场的漂移运动可以作一般性推广：自然界中在外力作用下任意涡旋场可以产生场的漂移运动。