含刚性粗糙元渠道水流流速分布试验研究

【目的】探索渠道内刚性粗糙元对水流流速分布的影响。【方法】用三维超声波多普勒流速仪(ADV)采集水流稳定后不同位置的流速值,并对获取数据进行平均化处理,分析了不同流量、不同粗糙元布置形式和不同粗糙元形态下明渠中非淹没刚性粗糙元前后水流流速结构和淹没刚性粗糙元后尾流结构,着重研究水流纵向流速u的纵向分布结构。【结果】①非淹没圆柱体试验,在不同流量、不同圆柱体排数下,流速u的流速分布相同;②淹没粗糙元在y方向使水流形成了1个3层的速度剖面,3层水流流速分布不同,不同淹没粗糙元形态对水流结构具有显著影响;③基于模型试验数据,对非淹没圆柱体试验数据采用非线性拟合的方法,分别得到了单根圆柱体上下游纵向流速分布的拟合式;④采用量纲分析得出,粗糙元在淹没条件下,其下游纵向流速u与水流特性、渠道特性及粗糙元特性有关。【结论】淹没条件下,粗糙元后水流流速纵向分布形成了1个3层的速度剖面;而非淹没条件下,粗糙元后水流流速纵向分布均呈现出"对勾"的形式。     

颗粒粒度均匀性分布规律的试验研

挟沙水流中的泥沙颗粒运动是随机的，所以在水流中的某一位置的泥沙组成有粗有细，同时不同位置粗细颗粒的均匀程度是不一样的。通过水槽试验研究了不同泥沙浓度及水流条件对泥沙颗粒均匀性沿垂向分布规律的影响，试验表明：在泥沙浓度或者水流条件较小的情况下，非均匀系数沿垂向分布是逐渐增大的，即越接近床面，颗粒越均匀，非均匀系数越接近1.0，然而在浓度较高和水流条件同时作用的情况下，在床面附近出现了非均匀系数最小值.     

非均匀散粒粗糙床面明渠紊流特性研究

为揭示非均匀散粒粗糙床面明渠紊流特性,采用d₁=1.0 cm、d₂=1.5 cm的正方体散粒制成粗糙床面开展PIV水槽明渠紊流试验,探讨了紊动强度、速度高阶矩、雷诺应力和紊动能的分布规律。结果表明：(1)粒间区中部,邻近剖面颗粒的绕流作用使紊动强度发生明显变化。(2)速度高阶矩纵向偏度系数S_u’与垂向偏度系数S_v’的分布特性揭示在近床处主要发生扫掠事件,而颗粒顶部以上区域喷射事件占主导。(3)平均雷诺应力R_mean在粒间区沿程先增大再减小,在颗粒区先减小后增大。(4)紊动能呈条带状分布,在河床底部和水面受到的抑制使得整体紊动能从床面开始增大,在颗粒顶部附近达到最大之后开始减小。     

坡面薄层水流滚波演变规律试验研究

为探求坡面薄层水流滚波产生机理及其演化规律,采用变坡水槽试验,结合超声波测量技术,研究了5种坡度和21种单宽流量下坡面薄层水流的水力特性及失稳特征。结果表明,试验条件下,坡面水流流态指数平均值为0.536,水流流态以紊流为主,流型为急流;特定粗糙床面条件下,随着流量的增加,水流经历失稳到滚波猝灭再到二次失稳的演变过程;滚波猝灭临界流量随着坡度的增大而逐渐减小,其临界雷诺数在509~602之间,临界弗汝德数在3.29~7.39之间;随着流程长度的增加,滚波的波速变化不大,波长和波高逐渐增大,频率逐渐减小,滚波发生沿程聚合现象;当单宽流量和坡度增大时,波速和频率均随之增大,波长变幅不大,而波高呈现先增大后减小的抛物线型变化趋势。     

黄土区农草混合利用坡面土壤水分空间变异性

通过对黄土区农草混合利用坡面的土壤水分分析,研究土地利用结构对土壤水分空间变异特性的影响。结果表明,研究区坡面土壤水分呈中等变异,且农草混合利用结构明显增加了土壤水分的空间变异强度,坡面土壤水分具有明显空间结构性。干湿条件下坡面0～60cm土层平均含水率的半方差最优理论模型分别为高斯模型和球状模型,且干旱条件较湿润条件下保持较高的基台值和变程,而块金值/基台值相对较低。Kriging插值结果显示坡面土壤水分呈现差异显著的斑块状分布格局,与坡面的混合土地利用结构一致。研究区浅层土壤水分空间变异及其分布格局主要受地形、降水和土地利用方式及其结构等因素的影响。     

胶东丘陵区典型果园土壤水分蒸发空间变异性分析

利用微型蒸渗仪测量了烟台农科院苹果园内81个点处土壤6 d内的水分蒸发量,应用经典统计学和地统计学对土壤水分蒸发变异特性进行了分析。结果表明,该阶段内土壤水分蒸发量平均值为5.77 mm,最大值与最小值分别为10.45 mm和1.70 mm,变异系数Cv为0.324,属于中等变异强度;土壤水分蒸发空间变异符合球状模型,变程α为28.83 m,块金值与基台值之比为50.39%,属于中等空间相关性。     

U形渠道水流紊动特性试验研究

在U形混凝土明渠内,采用声学多普勒点式流速仪(Vectrino)测量了不同流量下的瞬时流速,对明渠水流紊动的准周期、频率等水流紊动特性进行了定量的描述,对紊动强度、雷诺应力进行了较深入的分析计算。试验分析结果表明:①水流脉动具有大小不同的准周期。②水流瞬时流速概率分布近似符合正态分布。③各垂线纵向、垂向紊动强度自渠底向水面先减小后增大,横向紊动强度变化幅度较小。④纵向与横向雷诺切应力在y/h0.5范围内近似为直线,y/h0.5区域内近似为三角形分布。     

变异函数S-粗集

利用函数S-粗集（function singular rough sets），提出了变异函数S-粗集，给出了变异函数S-粗集的数学结构和特性。变异函数S-粗集具有两类形式：单向变异函数S-粗集，双向变异函数S-粗集。     

峡谷区高拱坝射流入射水垫塘冲击压力特性的试验研究

表深孔下泄水流的横向收缩及垂向和纵向扩散效果显著,射流在空中相互交错、基本不发生碰撞;射流纵向拉伸明显,水垫塘强紊动剪切区增大,有效减轻了水垫塘底板冲击动压。同时,对4种不同流量比的表深孔射流进行研究表明,随着上下游射流流量比的逐渐增大,在不同的下游水位下底孔射流产生的最大冲击压力均相应减小。     

进口流场对虹吸式出水流道的性能影响

采用数值模拟方法,把轴流泵后导叶的出口流场作为虹吸式出水流道的进口流场,研究对其水力特性的影响。计算结果表明,导叶出口流速和压力分布不均匀,存在横向流速和剩余环量,使虹吸式出水流道水力特性变差,下降段和出口段的回流区增大,驼峰断面和出口断面轴向流速分布均匀度显著下降,水力损失增加。轴流泵后导叶出口流场影响虹吸式出水流道两侧的流量分配,右侧流量恒大于左侧流量,而右侧的水力损失却小于左侧的水力损失,但两者都比无旋、轴向进水条件下的流道水头损失大得多,流量和水头损失的关系并不符合二次抛物线变化规律。     

壅水条件下弯道流速分布规律研究

为研究壅水条件下弯道流速分布规律,对90°弯曲河道开展了不同壅水程度的概化水槽试验。通过ADV对弯道试验段的三维流速进行精细测量并分析后发现:不同壅水程度试验组次的水流动力轴线在弯顶断面以前基本一致,过了弯顶断面,随着壅水程度增大,水流动力轴线向凹岸偏移的位置越靠近下游;对于同一断面,随着壅水程度增大,水深逐渐增大,时均流速逐渐减小,纵向流速和横向流速分布也越来越均匀。     

清水作用下全动床复式河槽河床演变特性

通过水槽试验,探讨了清水作用下由非均匀沙构筑而成的全动床复式河槽的演变特性,包括河床完全粗化后河道稳定宽度及滩岸侵蚀的沿程变化.复式河槽断面构筑而成后,实施倒灌,然后恢复地形,最后用全站仪施测初始河道地形,在试验结束后,相应断面再做精细床面形态测量.复式河槽流量由槽首的矩形堰量测,水位由自动水位仪量测.试验结果表明,随着泥沙淤积量的增大,主槽水深变浅;而河道水深变浅,又将会使床面泥沙起动的作用力减小,河道水深将变得更浅.清水作用下的全动床复式河槽达到稳定时,河道稳定宽度将沿程变化;河道完全粗化后,主槽宽度增大,滩岸侵蚀速率在空间上变化趋势表现为越往下游,滩岸侵蚀速度越小;在清水作用下,河道滩岸发生侵蚀,其侵蚀面积有沿程减小的趋势,这与流速沿程的变化相一致.     

边滩植被对复式河道水动力特性的影响

天然河道的滩地上广泛上存在着不同类型的植物，其存在对河道的水动力特性的影响受到了广泛的关注。基于Delft 3D软件，建立了复式河道边滩植被水流的数值模型，并以植被直径、高度、密度和生长位置为控制变量，研究这些变量对复式河道植被区纵向水面坡度、充分发展处垂向平均的纵向流速横向分布、和滩槽纵向流速偏差比等水动力特性的影响规律。结果表明，植被直径、高度和密度的增加都显著改变了纵向流速横向分布；滩槽纵向流速偏差比、水面坡度与植被直径为二次曲线关系、与植被高度为线性关系、与植被密度为对数关系；边滩和主槽内的水面坡度差异随着植被直径、高度和密度的增加；植被不对称生长会导致主槽区最大流速位置偏移。     

叠梁门分层取水式电站进水口流场数值模拟研究

以某水电站进水口为例,采用三维RNG k—ε紊流模型及VOF自由液面处理技术对其进水口流场进行数值模拟.从计算得出的水流流态、流速和压力分布以及水头损失等参数分析了该电站进水口水力特性.计算结果表明:叠梁门前断面水流在门顶以上10 m高程范围为大流速集中区；随着叠梁门顶高程的增加,水流更易在门后形成立轴漩涡,相应水头损失也随之增大；水库水位及门顶高程的改变对流道内压力分布影响范围不大.计算结果可为类似工程提供参考.     

宽浅式梯形渠道流速分布规律及流量计算方法研究

为研究宽浅式梯形明渠流速分布规律，简化渠道流量测量过程、提高测流精度、促进灌区工作效率提升，利用声学多普勒剖面流速仪进行流速、流量、断面面积的测定；通过正交距离回归算法对相对流速和相对水深与二次抛物线函数拟合，得到垂向流速分布规律，根据横向流速分布规律结合测量数据，利用线性拟合分析得到横向流速分布影响系数，最终通过待定系数法得到断面平均流速与中垂线表面流速的系数值。结果表明：测点实际流速与平均流速之比作为相对流速，拟合得到的宽浅式梯形渠道断面流速分布规律R2均在0.937以上，拥有较好的相关性；宽浅式梯形渠道测线平均流速横向流速分布符合乘幂函数分布形式，并对横向流速流速分布公式进行流速验证，在横向相对位置0.2<(B-2 d)/B<1区间内误差均小于5%；推导出了宽浅式梯形渠道中垂线表面流速与断面平均流速关系，对AB两地宽浅式梯形渠道干渠进行断面流量验证，实测流量与计算流量的误差小于5%，符合量水规范的要求，可实际用于灌区量水。     

渠底螺旋流形成及其泥沙起动机理的分析研究

渠底涡管螺旋流排沙是利用涡管内产生的螺旋流排除渠道中来沙的一种泥沙处理技术。渠底涡管排沙的机理是水沙的惯性作用和边界条件相结合的产物。在涡管内水流沿管方向运动，同时受到渠道水流纵向流速的影响，在涡管内形成既有纵向流速又有横向流速的水流运动，从而形成螺旋流。为对渠底螺旋流形成及流速结构有一个比较深入的认识，本文首先分析了影响渠底螺旋流形成的关键因素，并通过已有的试验资料对渠底涡管内螺旋流横向流速分布进行分析计算，然后讨论了不同流量不同底坡对流速分布的影响，得出了关于渠底螺旋流的规律性结论。     

逆坡倾角对管道水流粗颗粒输送脉动压强影响试验研究

管道输送时水流压强的脉动特性反映了管流紊动程度与紊动能量，对管道输送安全及稳定运行影响显著。本研究以管道清水粗颗粒输送为研究背景，通过自行设计的物理模型试验装置，模拟了不同管道逆坡倾角条件下粗颗粒泥沙的水力输送过程，分析了不同逆坡倾角条件下管壁瞬时压强、时均压强、脉动压强振幅分布和频谱特性。试验结果表明，当管道逆坡倾角增大时，脉动压强的时均压强和瞬时峰值压强随倾斜角度的增大而减小；脉动峰值压强总趋势随倾斜角度的增大而增大；脉动压强的振幅分布符合高斯分布，随倾斜角度的增加，脉动压强的振幅逐渐增加。其概率密度函数形态从“高瘦”逐渐向“矮胖”发展；脉动压强的功率谱谱函数的优势频率主要集中在25 Hz的主频范围，随管道的倾斜角度增加，脉动压强的优势频率逐渐向较大频率的发展，总体变化较小。     

飞来峡主土坝裂缝成因分析及处理

飞来峡水利枢纽主土坝因受坝基不均匀沉降影响，产生了两条横向裂缝；坝基沉降过程时塑性变形局部滑移，发生较大的水平位移，坝体在混凝土连续防渗墙两侧产生了两条纵向裂缝；坝基沉降量大导致坝体被防渗墙劈裂在防渗墙顶上产生一条纵向裂缝。分别对横向裂缝进行劈裂式灌浆和纵向裂缝进行充填灌浆处理，彻底解决土坝的防渗和安全问题。     

U型渠道板柱复合式流量量测装置水力特性数值模拟

为了发展节水农业、促进灌区高效用水、合理分配水资源,研发了一种携带方便、计量准确、可移动的U型渠道流量量测装置--板柱复合式流量量测装置.基于Flow-3D软件,采用RNG k-ε湍流模型,对板柱复合式流量量测装置水力特性进行了数值计算,并对模拟结果进行试验验证.结果表明:模拟得到的渠道水流横向流速、垂向流速及量测装置旋转角度与流量之间的关系与试验结果一致,且最大相对误差不超过5.4%;渠道自由液面横向流速从中心到近壁面呈现先增大后减小的变化趋势;渠道上游中心断面垂向流速从底部到自由液面呈现增大的变化趋势,而下游中心断面垂向流速却呈现先增大后减小的变化趋势,最大垂向流速位于自由液面以下某一位置;板柱复合式流量量测装置对渠道内水流最大影响范围是距量测装置上游0.35 m到其下游0.94 m之间的流场区域.     

地膜覆盖机常见故障及排除方法

一、横向皱纹 故障原因：这是由于地膜纵向拉力小于横向拉力，前进速度不均匀等原因所致。解决办法：一是减小左右两压膜轮的压力：二是增加膜卷的卡紧力；三是机组前进速度要均匀一致。