基于粒子图像测速的坡面流水动力学特性

粒子图像测速(Particle Image Velocimetry, PIV)技术具有多点同时测量、对水流无干扰的优点,该研究利用高分辨率PIV(分辨率为64 pixels/mm),测量了7组坡面流(水深范围为0.5～1.1 cm,雷诺数范围为1 000～3 000),并测量1组深水明渠紊流作为对照,研究了流速轮廓线和修正系数、紊动强度和雷诺应力、偏态系数和峰度系数的变化规律。结果表明:1)PIV能够有效观测坡面流床面至水面的流速分布。当坡面流流态为过渡流时,流速修正系数随着雷诺数的增加呈对数增加,均值为0.77;2)对比深水明渠紊流的紊动强度,坡面流的流向紊动强度较大,而垂向紊动强度较小,且随着水深及雷诺数的增加,坡面流紊动强度逐渐与深水明渠紊流的特征吻合。深水明渠紊流中受雷诺应力影响的流体占比约80%,而坡面流中受雷诺应力影响的流体占比小于80%,随着雷诺数的增加坡面流中受雷诺应力影响的流体占比变大;3)对比深水明渠紊流的峰度系数,坡面流的峰度系数大部分大于3,表明坡面流较深水明渠紊流出现极端流速事件的概率小。PIV技术有利于实验室研究坡面水力侵蚀的力学机理机制问题。     

The Essential Procedure of Numerical Simulation for Hydrodynamic in River and Coastal Engineering

Hydrodynamic models have been widely applied to river and coastal engineering projects. Understanding the hydrodynamic process is a prerequisite to modeling the pollution and sediment transport process. Hydrodynamic models of varying degrees of complexity should be selected appropriately according to the object of study, physical properties of the flow domain and hydrodynamic features. The essential procedure of hydrodynamic simulation is described in this paper. The main problems such as selection of model dimension in physical space, choice of variables, boundary conditions, initialization, design of computational grid, model resolution, parameterization of smaller scale fluctuations and sub-grid scale processes, model calibration and verification are investigated.     

沙纹分布的流体力学模拟

在考察、分析沙纹基本特性的基础上,从流体力学的绕流理论出发,以两种常见的简单绕流流动为例,即平表面等速直线流动和绕流圆柱体形障碍物的流动,对沙纹的分布问题进行力学模拟,其模拟结果与实际情况十分吻合.对于其它类型的简单绕流流动也可以通过同样方法进行模拟;对于实际中存在的较为复杂的绕流流动,可以通过流动迭加理论予以模拟.从而得出结论:沙纹表征的是气流流动的能量特征曲线,理想不可压缩气流流动状态下,沙纹分布可以通过确定流场的速度势获得.     

SMⅢ型生化反应器的流体力学研究

应用牛顿性和非牛顿性的试验体系研究了SMⅢ型气升式生化反应器的流体力学性能,体系的密度为1000～1700kg·m-3,粘度为0.0001～0.27Pa·s,试验气量为2.0～6.0m3·h-1.对反应器在不同试验体系下的气含率和循环液速进行了测定,得到了相应的经验关联式,并对反应器的流体力学性能进行了评价.     

坡面水土保持措施影响流域产汇流特性值计算与分析

以甘肃省武都地区清水沟小流域为研究对象，通过实地调查和资料分析，推求出清水沟流域产流和汇水特征值，并求得其设计洪水过程线，同时通过模拟实验验证实地勘测成果，为提出和计算流域水力类泥石流体的起动安全洪水过程线服务。     

不同土石比的工程堆积体边坡径流侵蚀过程

工程堆积体可在短时期内极大程度地改变原地貌地形、土壤和植被条件,使其在降雨径流作用下将发生严重土壤侵蚀,因此是生产建设项目区水土流失最为严重的地貌单元。该文采用土工试验方法及野外实地放水冲刷法研究不同物质来源和土石比的工程堆积体边坡物理性质、侵蚀动力及径流侵蚀过程。结果表明：1）2种松散工程堆积体的物质组成和入渗性能均较原土差异明显,其中黄沙壤工程堆积体以≤0.25mm颗粒为主,其颗粒变异系数为原土的1.2～2.0倍,稳定入渗率为原土1.70～4.07倍;而紫色土堆积体级配良好,颗粒变异系数是其原土的2.2倍,稳定入渗率为原土的7.02～11.59倍。2）各种工程堆积体边坡侵蚀动力学参数随放水流量变大而增加,黄沙壤工程堆积体边坡径流流速在0.155～0.318 m/s之间变化,径流剪切力变化在27.632～57.154 N/m2,土壤剥蚀率在0.337～77.071 g/(m2·s)之间;而紫色土工程堆积体边坡径流流速、剪切力和土壤剥蚀率分别在0.184～0.281 m/s,35.525～53.600 N/m2和1.445～61.910 g/(m2·s)。3）土石混合质边坡在产流9 min内存在不同程度突变或波动,在相同条件下边坡累积产流量均表现为偏土质>土石混合质,黄沙壤工程堆积体边坡累积产流量高于紫色土;而土石混合质边坡的产沙率呈连续性多峰多谷变化,边坡侵蚀沟壁土体崩塌脱落是造成产沙率波动的重要原因。该研究可为生产建设项目工程堆积体水土流失量预测和水土保持植物措施选择提供基本参数和技术支持。     

模拟氮沉降对白羊草地群落特征及其坡面流水动力特性的影响

大气氮沉降的增加可能会通过草地群落进而影响坡面流水动力特性。选取黄土高原典型地带性草本白羊草为研究对象,通过设置不同施氮处理(0,2.5,5,10 g/(m2·a),以N计,下同)模拟氮沉降,采用人工模拟降雨,探究土壤有效氮升高对白羊草群落季节变化及坡面流水动力特征的影响。结果表明,一定程度的施氮可有效增加白羊草盖度,促进藻结皮的生长,但会抑制苔藓结皮的发育。施氮使Darcy-Weisbach阻力系数和曼宁糙率系数分别降低了68.6%～71.5%和44.7%～47.4%;平均流速加快了32.0%～44.0%,径流深减小了25.1%～28.7%,同时,使径流剪切力和水流功率显著增加,过水断面单位能减少。随着季节变化,9月白羊草群落坡面Darcy-Weisbach阻力系数和曼宁糙率系数分别较6—8月显著增加了220.2%～496.9%和79.5%～139.4%,平均流速减缓了23.5%～29.7%,径流深增加了36.4%～66.9%,径流剪切力和水流功率均显著降低,过水断面单位能增加。降雨强度对坡面流特征也存在显著影响。随着降雨强度的增大,坡面流阻力减小,进而导致流速、径流深及水流功率增加。草地具有良好的调控坡面流的作用,然而大气氮沉降的增加可能会加剧草地群落坡面土壤侵蚀。     

紫色土丘陵区生物埂不同植被类型土壤分离水动力学特征

野外采集紫色土区六棱型预制网格式护坡生物埂内不同植被类型原状土样,通过室内模拟细沟水槽(长4 m,宽0.12 m,深0.1 m)冲刷试验,探究不同植被类型影响下土壤分离能力与水动力学参数之间的关系。选择麦冬、韭菜2种生物埂类型,以单一网格式裸坡为对照,在3个坡度(15°,20°,25°)、5个流量(39.86,59.98,79.67,100.45,121.16 L/min)组合条件下进行冲刷试验。结果表明:生物埂内不同植被类型下土壤分离能力差异显著(P0.05),表现为麦冬(均值2.24 kg/(s·m~2))对照(均值1.34 kg/(s·m~2))韭菜(均值1.09 kg/(s·m~2))。幂函数方程可用于描述土壤分离能力与水流剪切力(R~2=0.75)、水流功率(R~2=0.73)、单位水流功率(R~2=0.46)及过水断面单位能量(R~2=0.63)间的数学关系。生物埂各植被类型下土壤发生分离的临界剪切力τ_c表现为τ_c麦冬(8.75 Pa)τ_c韭菜(6.47 Pa)τ_c对照(1.93 Pa),表明植被可增强网格式护坡生物埂土壤抵抗分离的能力。     

土石混合崩积体坡面细沟跌坑发育试验研究

为了探究土石混合崩积体坡面细沟跌坑发育情况,采用室内放水冲刷试验,通过设置4个流量(2,4,8,12 L/min)和4种砾石含量的土石混合崩积物(砾石质量比例0,10%,30%,50%),研究不同条件下细沟跌坑的发育特征。结果表明:在不同冲刷时段,跌坑数量变化为3～17个,跌坑平均深度为1.10～5.93 cm,细沟纵断面形态系数为2.97～19.97。各跌坑参数随冲刷时间的延长总体呈增大趋势,部分坡面在5 min或7.5 min时出现最大值;跌坑参数随流量的增加总体呈先增大后减小趋势,8 L/min流量条件下出现最大值,而随着砾石含量增加总体呈增大趋势;流量对跌坑发育的影响大于砾石含量。各跌坑参数与流速、阻力系数及曼宁粗度系数密切相关,径流剪切力是描述跌坑发育的最适合水动力学指标,可用线性函数表达。     

Mathematical Model of Flow Process in 40t/h Pyroflow Circulating Fluidized Bed Boiler

A mathematical model is presented to describe the fluiddynamics processes for the combustion system of 410t/h Pyroflow CFB boiler.A core annulus structure with solid dispersion from core to annulus is considered,and the influence of coal particles fragmentation,attrition and broad size distribution of feeding coal and bed inventory on hydrodynamics is specially taken into account.The simulation results show that the CFB boiler has good hydrodnamic characteristics and high hot cyclone efficiency.